Генетика близнецов

Если бы большинство внешних признаков, будь то цвет волос и глаз или длина рук и хвоста, определялись только по трём законам Менделя, жизнь демографов и эпидемиологов была бы гораздо проще. Внешний вид каждого следующего поколения можно было бы легко рассчитать, а с прогнозированием врождённых болезней вообще не было бы никаких проблем.

К счастью для уже четырёх поколений генетиков, с абсолютным большинством признаков ситуация сложнее: они взаимодействуют друг с другом, изменяются от поколения к поколению, а нередко практически полностью зависят от факторов окружающей среды.

Арт Петронис из канадского Университета Торонто и его коллеги нашли очередное подтверждение тому, что даже в случае одинакового генома может существовать дополнительная, так называемая эпигенетическая программа развития, определяющая как отличия, так и сходства в облике близнецов.

И выявили её тесную связь с программой генетической.

Генетике чуть более века, и ее возможности увеличиваются с каждым годом. Но, если опыление гороха в отличие от полимеразной цепной реакции и хромосомного анализа не входит в студенческие практикумы, некоторые «вековые» методы до сих пор используются.

Один из них близнецовый, изначально разработанный для оценки трудно уловимого вклада окружающей среды, вместе с генами формирующего наш облик. Основной принцип – сравнение одно- и двухъяйцевых близнецов по какому-то признаку. Поскольку первые происходят из одной яйцеклетки и одного сперматозоида, то они обладают абсолютно одинаковым набором генов, в то время как вторые теоретически отличаются, как «обычные» братья и сестры.

Соответственно, любые отличия в судьбе однояйцевых близнецов –– будь то болезнь или, напротив, рекордные достижения – должны быть проявлением действия внешних факторов.

Этот подход несколько скорректировался появлением эпигенетики – науки, отвечающей за наследования изменений на отличном от ДНК уровне. Сейчас известны несколько механизмов, отвечающих за различное «воспроизведение» информации, заложенной, казалось бы, в абсолютно одинаковых генах.

Ремоделирование хроматина, инактивация X-хромосомы, регуляция на уровне РНК, прионизация белков не только корректируют работу генома в каждой отдельной клетке, но даже могут передаваться по наследству. Но основной из известных на сегодня механизмов подобного рода – это метилирование ДНК, присоединение к одной из «букв» генетического кода, цитозину, метильного радикала, нарушающего считывание информации без изменения последовательности ДНК.

Этим процессом и заинтересовались Петронис и соавторы публикации в Nature Genetics. Они изучили эффект метилирования в «белых» клетках крови, эпителии кишечника и щёк у двух сотен одно- и двуяйцевых близнецов.

Генетикам удалось установить, что в пределах одного и того же организма схема метилирования практически постоянна. Более чем 6 тысяч участков, куда мог присоединиться радикал, в разных клетках организма выглядели практически одинаково – были метилированы или, наоборот, свободны.

Но самое главное – разброс между двойняшками был значительно больше, чем между однояйцевыми близнецами.

Хотя это неоднократно предполагалось и до работы Петрониса, достоверного подтверждения гипотезы до сегодняшнего дня не было.

Вместе с тем учёным удалось показать, что разница в метилировании связана не только с отличиями в генах, но и с состоянием зиготы – одной клетки, из которой и развивается весь эмбрион.

Теперь авторы настаивают на том, что эпигенетическое сходство однояйцевых близнецов стоит рассматривать наравне со сходством генетическим. Ведь одинаковые гены, как показывают многочисленные опыты на чистых линиях животных, ещё не означают одинаковый облик. И, наоборот, если близнецовый метод показал, что какой-то признак «определяется генами», найти эти «гены» может оказаться сложнее, чем вы думали: возможно, вместо одинаковой последовательности ДНК стоит поискать одинаковые модификации её метиловыми радикалами.