Метилированные люди

Перемещение интернейронов из глубинных структур мышиного мозга в кору. Иллюстрация Physorg

Метилирование – это процесс «навешивания» метильных групп –СН3 на гены и регулирующие их активность белки. В итоге активность генов гасится. У мужчин метилированы «женские» гены, и наоборот. Метилирование необходимо для того, чтобы погасить активность эмбриональных генов, поскольку она грозит озлокачествлением клеток. Но метилирование обслуживает не только сиюминутные геномные потребности.

Группа испанских, немецких, израильских ученых опубликовала в журнале Science статью, в которой представлены результаты исследования метилома – метильной карты – анатомически и физиологически современного человека и его «собрата»-неандертальца. Различия между этими двумя видами на уровне ДНК значительно меньше, нежели в облике и структуре скелета, а также в образе жизни. Ранее высказывалась идея, что существенные различия между нами и шимпанзе определяются изменениями в работе регуляторов генной активности.

Авторы статьи полагают, что речь скорее идет о разном метилировании геномов человека и неандертальца. Различия были определены более чем в 2 тыс. областей, или сайтов, генома. Особое внимание ученые обратили на кластер – «гроздь» генов под названием «hох» (сокращенно от «гомеобокс»), которые отвечают за формирование и развитие скелета. У представителей близких видов – человека разумного и неандертальца – эти кластеры генов существенно отличны друг от друга.

Более полувека назад в мире разразилась катастрофа с лекарством талидомид, которое, как оказалось, не только снижает активность иммунных клеток. У женщин, которым на ранних стадиях беременности прописывали талидомид как средство от тошноты и рвоты, стали рождаться дети без рук и ног, а то – легких и головы (анэнцефалия). Мутации генов гомеобокса выявляются также при разных формах рака.

Мы отличаемся от неандертальцев более легким скелетом и менее массивной головой, но имеем значительно больший по объему и весу мозг. Однако наш уникальный мозг подвержен самым разным расстройствам и врожденным состояниям, которые далеки от нормы (микрогирия – маленькие извилинки; микроэнцефалия – уменьшенный размер мозга; гидроцефалия – водянка). При церебральном тендоксантоматозе в теменном отделе коры начинает откладываться холестерин, что приводит к недоразвитию коры головного мозга и умственной отсталости.

Недоразвитие, как выяснили сотрудники Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (результаты их исследования опубликованы в журнале Science), вызвано нарушением метилирования в ходе эмбрионального развития. Известно, что нервные клетки будущей коры возникают в глубине формирующегося мозга, после чего в клетках-предшественниках активируются гены деления и миграции. «Забег» на десяток и более сантиметров заканчивается образованием многочисленных связей с другими нейронами, после чего метилирование кладет этому конец. Для сравнения: выключение гена бета-катенина – одного из генов контроля над делением – приводит к рождению мышат с объемом мозга, превышающим обычный в два-три раза.

Авторы предложили метод переноса-трансплантации эмбриональных нейронов (интернейронов) в мозг юных и взрослых мышей и крыс, купируя тем самым накопление холестерина в коре мозга. Такие пересадки могут стать весомым подспорьем в лечении хронических болей, болезни Паркинсона, эпилепсии, шизофрении, излишней обеспокоенности и других неврологических состояний. Несомненно, что новый метод позволит глубже понять и оценить процессы развития как мозга в отдельности, так и нервной системы в целом.

Процессы клеточного развития и его регуляции тесно увязаны с раковой трансформацией, являющейся следствием рассогласования многих десятков, если не сотен генов. Ничто, по всей видимости, не внедрилось так широко и глубоко в обыденное сознание, как синдром Дауна, о котором знают практически все. Чуть меньше людей знают, что этот синдром обусловлен трисомией, или тремя хромосомами 21-й пары. Гораздо меньше известно даже специалистам, что у детей-даунов повышен риск развития острой лимфобластоидной лейкемии (ALL), при которой в крови появляются незрелые В-лимфоциты, в норме синтезирующие защитные белковые антитела.

В Раковом институте Гарварда решили посмотреть, чем обусловлена подобная связь. Для этого подопытных мышей «нагрузили» излишними копиями 31 гена, локализующегося в длинном плече 21-й хромосомы (21q), а затем каждый из генов стали выключать. При этом выяснилось, о чем гарвардцы написали в журнале Nature Genetics, что решающим оказалось действие двух генов – PRC и HMG. Первый кодирует фермент протеазу, отщепляющий у белков-протеинов кусок на С-конце (углеродном, который противоположен азотному концу белковой цепи). Он был открыт у микроорганизмов с устойчивостью к антибиотикам. Второй ген принадлежит к группе высокой подвижности, в которую входят и метилазы, то есть энзимы метилирования протеинов и ДНК. При выключении PRC резко увеличивалась активность более сотни генов, а выключение второго приводило к апоптозу, или естественной смерти, раковых клеток.

Все это очень интересно в теоретическом плане, но также имеет и большое значение для разработки новых лекарств, призванных блокировать гены в аномальных состояниях и тем самым купировать неврологические и иные расстройства.