материализация эпигенетики, или небольшие изменения в днк с
реклама
БИОЛОГИЯ Материализация эпигенетики М Е ИЕ ШИ ЬШ ЛЬ ОЛ МААТТЕЕРРИИААЛЛИИЗЗААЦЦИИЯЯ ЭЭППИИГГЕЕННЕЕТТИИККИИ,, ИИЛЛИИ Н НЕЕББО И И МИ ЯМ ИЯ ВИ ВД СТТВ ЯВ ДС ИЯ ЕД НИ ЛЕ ЕН СЛ НЕ ОС ЕН ПО МЕ ИП ИЗЗМ МИ ИМ ШИ ЬШ ЛЬ ОЛ ДН НКК СС ББО Б.Ф. Ванюшин Борис Федорович Ванюшин, доктор биологических наук, член-корреспондент РАН, заведующий отделом молекулярных основ онтогенеза Научно-исследовательского института физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова. Руководитель проекта 02-04-48005. Первую публикацию статьи см.: Химия и жизнь. 2004. №2. С.32—37. XX век принес нам много грандиозных поворотных событий в естествознании, среди которых совсем не последнее место занимает открытие двойной спирали ДНК. В 2003 г. исполнилось 50 лет с той поры, когда Уотсон и Крик предложили миру структуру ДНК в виде необычной тогда двойной спирали. Исключительное значение этого события вовсе не в том, что они предложили и описали двойную спираль ДНК (сегодня известны, например, триплексы и более сложные структуры ДНК), а в том, что они этой структурой объяснили миру, как происходит передача наследственных свойств. В этой структуре на деле реализовался предложенный выдающимся русским естествоиспытателем Н.К. Кольцовым принцип комплементарности (матриц) применительно к биологическим макромолекулам. Теперь уже каждому школьнику известно, что в ДНК существуют две «сладкие парочки» оснований: аденинтимин (АТ) и гуанинцитозин (GC) (рис.1). Так, А в одной цепи ДНК соответствует Т в другой, аналогичным образом ведет себя и другая пара, GC. Рис.1. Канонические уотсонкриковские (WC) пары оснований в ДНК. Стрелками показаны места, куда привносятся метильные группы На примере ДНК принцип комплементарности реализуется в том, что одна половинка (цепочка) ДНК структурно дополняет другую. Поэтому ферменты по каждой из отдельных 1 БИОЛОГИЯ Материализация эпигенетики половинок (матриц) могут достроить недостающую ей половинку, а в результате в клетке из одной-двутяжевой молекулы ДНК возникают две одинаковые дочерние, как две капли воды похожие на материнскую. Наконец-то обрел реальные осязаемые и объяснимые черты главный принцип генетики — наследственность. Открытие двойной спирали стало торжеством единства науки, оно произошло благодаря объединенным усилиям биологов, физиков, химиков, математиков. Поистине межи науки самые плодородные, поэтому знания, а тем более их достижения лучше объединять, а не делить. Ответы и вопросы Открытием двойной спирали ДНК началось победоносное и ошеломительное шествие науки, затронувшее все стороны нашей жизни. Я не берусь предсказывать дальнейший ход событий в естествознании; бесспорно одно: они будут разворачиваться гораздо быстрее и интенсивнее, чем до сих пор. Появились и уже во весь голос заявили о себе целые новые области знания (геносистематика, геномика, протеомика, биоинженерия, биоинформатика, эпигенетика и другие). И в этом «повинна» ДНК в прямом и переносном смысле. Так уж случилось, что у всех организмов наследственная информация записана именно в этой молекуле (вирусы, у которых эту роль могут выполнять РНК, — не организмы). Никто не объяснит нам, почему из этих двух, в общем-то, довольно сходных молекул природа в качестве наследственного материала выбрала именно ДНК. Возможно, это связано с тем, что сахарофосфатный костяк у молекулы ДНК более устойчив, чем у РНК, а устойчивость очень важна для сохранения наследственности. Благодаря расшифровке структуры ДНК раскрыты природа генетического кода и мутаций, понята природа многих наследственных болезней, сформированы представления об организации генов и геномов, полностью рас шифрована нуклеотидная последовательность геномов многих бактерий и пока еще немногочисленных грибов, растений, животных и человека. Более того, мы научились конструировать принципиально новые гены и геномы и, главное, создавать необычные трансгенные организмы. Многие из них уже плодотворно трудятся на наше благо. Однако достижения молекулярной биологии приносят все больше вопросов. В частности, мы все еще очень мало знаем, как работают гены, почему они молчат в одной клетке организма и активны в другой. Каковы молекулярные механизмы так называемой клеточной дифференцировки? Как избирательно и целенаправленно заставить работать полезные гены или заставить замолчать вредные? Во многих случаях именно потому, что мы не знаем ответов на эти вопросы, новые гены, введенные в клетку, либо неэффективны, либо сильно искажают ее природу. Нельзя забывать, что в организме есть мощные регуляторные элементы (в самом геноме и даже целые системы в клетках), которые контролируют работу генов. Эти сигналы накладывается на генетику, и часто по-своему решают коренной вопрос — быть или не быть? Даже самая отличная генетика может вовсе не реализоваться, если будет неблагополучной эпигенетика (приставка эпи в переводе с греческого означает над). По образному выражению П. и Д. Медаваров, «генетика предполагает, а эпигенетика располагает». Долгое время эпигенетику не признавали совсем, а часто стыдливо или даже намеренно умалчивали о ней, как правило, потому, что природа эпигенетических сигналов и пути их реализации в организме были очень расплывчатыми. Считалось, что вот генетика это — святое, а эпигенетика — от лукавого. Под эпигенетикой обычно понимают область знаний о совокупности свойств организма, которые не закодированы непосредственно в геноме, но могут и должны передаваться по наследству. К. Уодингтон, запустивший в обиход в 40х годах XX в. термин эпигенетика, включает в нее все развитие организма. В 1990 г. Р. Холлидей писал: «Эпигенетика может быть определена как изучение механизмов контроля активности генов во времени и пространстве в процессе развития сложных организмов». Он был в числе первых, кто указал на возможную 2 БИОЛОГИЯ Материализация эпигенетики биохимическую природу наследуемых эпигенетических сигналов. Сегодня стало ясно, что одним из таких эпигенетических сигналов в клетке выступает энзиматическая модификация (метилирование) самой генетической матрицы, т.е. метилирование ДНК. Характер этой модификации генома наследуется, и она так или иначе во многом контролирует все генетические процессы. Однако путь к расшифровке природы, специфичности и пониманию биологической роли этой модификации ДНК был очень непрост, и мы рады осознавать, что на этом трудном пути заметны и наши вехи. Мал золотник, да дорог Уже более полувека известно, что наряду с классическими четырьмя основаниями (аденин, гуанин, цитозин и тимин) в ДНК могут встречаться в небольшом количестве необычные 5 6 6 метилированные основания: 5-метилцитозин (m C) и N -метиладенин (m A), получившие название минорных. Мы не знаем, сколько крови попортили эти миноры авторам двойной спирали ДНК: в то время они уже были найдены в ДНК, но откуда они берутся, было непонятно. Лишь в 1961 г. у бактерий, а затем у эвкариот обнаружили ферменты, которые в присутствии донора метильных групп S-аденозилметионина избирательно метилируют отдельные остатки цитозина или аденина в цепях ДНК. Стало ясно, что минорные основания не встраиваются в ДНК в готовом виде, а возникают в результате метилирования соответствующих обычных оснований в уже сформированных или формирующихся цепях (рис.2). Однако долгое время специфичность и функциональное значение этой энзиматической модификации ДНК оставались неизвестными. И у нас, и за рубежом считалось, что минорные основания не играют существенной роли ни в структуре самой ДНК, ни в ее функционировании. Доказательством тому служила плодовая мушка дрозофила — излюбленный объект классических генетиков. В геноме этого насе5 комого долго никому не удавалось найти m C. Это давало повод глубокоуважаемым столпам генетики (их имена я намеренно не упоминаю) безапелляционно утверждать, что если дрозофила прекрасно живет без метилирования ДНК, то такая модификация генома вообще не имеет значения в жизнедеятельности эвкариотических организмов. Долгие годы это заметно охлаждало интерес к метилированию ДНК у многих блестящих биохимиков и молекулярных биологов мира, а нам позволило в более или менее спокойной обстановке шаг за шагом идти по пути изучения метилирования ДНК. Подобно великому русскому ученому И.П. Павлову, поставившему памятник собаке, нам следовало бы отлить па мятник дрозофиле. И не потому, что она служила и служит бесценным биологическим объектом, а потому, что позволила нам работать без присущего нашему времени изнурительного ажиотажа и головокружительной гонки. Кстати, сейчас доказано, что и у дрозофилы ДНК метилирована, и эта модификация генома очень важна для развития насекомого. Мы всегда были убеждены в том, что минорные основания в ДНК и сама энзиматическая модификация обязательно должны сказываться на биологических функциях генома. Ведь «если звезды зажигают, значит, это кому-то нужно». Несколько слов о влиянии метилирования на структуру ДНК. Нам удалось найти такую необычную природную двутяжевую ДНК (у бактериофага AR9 Bac. brevis), у которой вместо обычного для ДНК-тимина присутствует характерное для РНК основание урацил. Грубо говоря, урацил — тот же тимин, но без метильной группы. Урацилсодержащая ДНК бактериофага плавилась (денатурировала) при гораздо более низкой температуре, чем идентичная ей по составу нормальная тиминсодержащая ДНК. Стало ясно, что метилирование остатков цитозина небезразлично для самой структуры ДНК: оно стабилизирует двутяжевую спираль. 3 БИОЛОГИЯ Материализация эпигенетики Рис.2. Неэнзиматическое метилирование ДНК. Метилированный цитозин лучше связывается с гуанином ( ), а после дезаминирования основания больше не спарены( ). Еще интересней оказалось то, что метилирование ДНК ощутимо сказывается на ее взаимодействии с различными белками. Во многих случаях метилирование по цитозиновым остаткам препятствует связыванию специфично реагирующих с ДНК ядерных белков (факторов), которые и осуществляют разные генетические процессы, в том числе транскрипцию, реплика5 цию и репарацию ДНК. С другой стороны, теперь уже известны и так называемые m Cсвязывающие белки, которые, присоединяясь к метилированным участкам ДНК, специфично аранжируют на ней весь ансамбль сложных белковых комплексов, контролирующих экспресссию генов. Любопытно, что если без всяких белков проинкубировать ДНК с меченым по метильной группе S-аденозилметионином (донор метильных групп), то через некоторое время радиоктивность обнаруживается уже в самой ДНК в виде вновь возникших в ней остатков 5метилцитозина и тимина (рис.2). Так было открыто неэнзиматическое метилирование ДНК. 5 Интересно, что при этом меченого тимина в ДНК оказывается гораздо больше, чем m C. Это доказывало, что в водном растворе метилирование сопровождается быстрым превращением 5 m C в тимин в результате окислительного дезаминирования. Значит, метилирование остатков цитозина в ДНК может приводить к переходу С>Т (в результате в ДНК пара GC превратится в пару AT), и, следовательно, остатки 5метилцитозина в ДНК — «горячие» мутационные точки. Это явление лежит в основе широко распространенного исчезновения (супрессии) некоторых (CpG) последовательностей из генов и геномов у разно образных организмов, которое составляет один из магистральных путей природного мутагенеза и эволюции. В отличие от такого хаотичного неэнзиматического процесса, особые ферменты умеют специфично метилировать цитозиновые или адениновые остатки в строго определенных последовательностях (далее эти ферменты будем называть ДНК-метилазами). Сначала фермент узнает подходящий участок ДНК, в этом месте ковалентно связывается с ней и буквально выворачивает цитозин наружу двойной спирали, насаживая на него метильную группу. Затем фермент отщепляется и модифицированное основание воз вращается на место (рис.3). Все эти подробности стали известны благодаря блестящему рентгено-структурному исследованию кристаллов ДНК-фермент американскими коллегами (А. Шильдкраут и др.). В свое время мы расшифровали одну из самых первых таких последовательностей ДНК у бактерий. Оказалось, что в клетках бацилл Bac. brevis ДНК метилаза метилирует цитозиновые остатки (подчеркнуто) в последовательности (5’) N’ G C T G C N... (3’). Позднее это было подтверждено работами нобелевского лауреата Р. Робертса. Метилирование ДНК у бактерий лежит в основе так называемой хозяйской рестрикциимодификации. Бактериофаг, выращенный в клетках того или иного штамма бактерии, приобретает хозяйскую специфичность: он способен заражать только клетки этого штамма, поскольку ДНК бактериофага обработана метилазами бактериихозяина и тем самым защищена от расщепления хозяйскими эндонуклеазами. 4 БИОЛОГИЯ Материализация эпигенетики Мы установили, что метилирование ДНК по адениновым остаткам у бактериофага Т2 и его хозяина E.coli действительно идет в одних и тех же последовательностях. В известной мере такие данные послужили обоснованием химической природы хозяйской рестрикциимодификации у бактерий. До этого мы убедились, что у разных бактерий ДНК метилирована поразному, т.е. у микроорганизмов была установлена штаммовая специфичность. Это было только самое начало. Предстояло еще выяснить, какова собственно химическая и биологическая специфичность метилирования ДНК у эвкариот, в том числе у растений и животных. Рис.3. Комплекс фермента цитозиновой ДНК-метил трансферазы c ДНК. О старении, раке и не только Мы установили, что в ДНК эвкариот цитозиновые остатки метилируются в двух симметричных последовательностях — CG и СNG (здесь N— любой нуклеотид), что доказывало природу химической специфичности метилирования (рис.4). К тому времени мы уже знали, что биологическая специфичность метилирования ДНК эвкариот у разных видов неодинакова. На5 пример, в ДНК дрозофилы долгое время m C вообще не могли обнаружить, в ДНК позвоночных он всегда выявляется в ощутимых количествах, а у растений его уже вовсе нельзя назвать «минорным» основанием (табл.). Мы открыли тканевую (клеточную), субклеточную (органоидную) и возрастную разнокачественность метилирования ДНК у растений и животных. Рис.4. Химическая (сайтовая) специфичность метилирования цитозина в ДНК эвкариот. 5 БИОЛОГИЯ Материализация эпигенетики Здесь уместно привести признание одного из наших американских кол лег, Крейга Куни, плодотворно работающего в этой области знания и написавшего книгу «Магический метил» (Craig Cooney, «Methyl Magic», Andrews McMeel Publising, USA, 1999). «...Русские показали, что метилирование ДНК у животных уменьшается с возрастом. Это было интригующим указанием на то, что старение и уменьшение метилирования ДНК идут рука об руку. Означает ли это, что существует связь между старением клеток и уменьшением уровня метилирования ДНК? Скорее всего, да. Борис Ванюшин и его сотрудники в Москве первыми показали еще в 1960х годах и опубликовали в 1967 г., что у горбуши уровень метилирования ДНК уменьшается с возрастом. Они же показали, что это происходит также и в большинстве органов у стареющих коров и крыс. Позднее несколько групп ученых в США и Японии обнаружили, что и у мышей при старении также уменьшается метилирование ДНК». Теперь возрастное деметилирование ДНК стало вполне очевидным фактом, и некоторые исследователи даже склонны считать, что степень метилиами, позволяющими судить о возрасте и прогнозировать продолжительность жизни. Не исключено, что искажение этой модификации может приводить к преждевременному старению. Об этом надо помнить и, по крайней мере, не допускать в еде обычного у нас дефицита фолиевой кислоты и витамина В , которые, как известно, участвуют в образовании аминокислоты метионина — донора метильных групп в клетке. 12 Мы обнаружили, что в разных клетках одного и того же организма ДНК метилирована по-разному. Это позволило нам в 1970 г. первыми заявить в журнале «Nature» о том, что метилирование ДНК участвует в регуляции экспрессии генов и клеточной дифференцировки. Наши работы привлек ли внимание многих ученых у нас и за рубежом, и послужили толчком к интенсивному исследованию метилирования ДНК. Между тем мы еще долго продолжали работать в этом направлении почти в «гордом» одиночестве. В последующие 10 лет мы установили, что даже в митохондриях и ядре одной и той же клетки ДНК метилированы по-разному. Из митохондрий быка мы выделили цитозиновую ДНК-метилазу и показали, что этот фермент метилирует остатки цитозина не в тех участках, что ядерный. Так в 1976 г. была открыта субклеточная (органелльная) специфичность метилирования ДНК. Поскольку мы оказались одними из немногих, кто на фоне общего скепсиса относительно значения метилирования ДНК задался вопросом о биологической роли этой модификации, нам же пришлось выбирать для работы биологические модели. Мы исходили из принципа, что если метилирование ДНК обладает какими-либо биологическими функциями, то оно само, скорее всего, должно специфично изменяться при их индукции. Так мы пришли к индуцируемым моделям гидрокортизон—печень и обучение (па мять)—нейрон. Действительно, после введения животному гидрокортизона в его печени сильно меняется характер метилирования ДНК, и это сопряжено с индукцией в ней разных генов. При обучении именно в нейронах, но не других клетках мозга, меняется характер метилирования ДНК. Найденные изменения в ДНК при обучении (1977 г.) — одно из первых указаний на участие генома в формировании 6 БИОЛОГИЯ Материализация эпигенетики памяти. У растений метилирование ДНК сильно меняется при прорастании семян, при переходе к цветению и после заражения разными грибами и вирусами. Инфекционные агенты могут тонко воз действовать на организм, подчиняя его своим «прихотям» путем модуляции метилирования хозяйской ДНК. «Еще в 1977 г. русские сравнили характер метилирования ДНК в клетках крови у нормальных и больных лимфолейкозом коров. В целом уровень метилирования ДНК у животных, больных этим видом рака крови, оказался ниже. Это было одним из самых первых свидетельств того, что метилирование ДНК, по крайней мере, как-то участвует в этой болезни либо в качестве ее причины, либо в качестве следствия» (Craig Cooney, «Methyl Magic», Andrews McMeel Publising, USA, 1999. P.44.). Мы показали, что на фоне очень высокой ДНК-метилазной активности степень тотального метилирования ДНК в лейкозных клетках животных существенно ниже, а палиндромных последовательностей, наоборот, гораздо выше, чем в нормальных клетках. У млекопитающих выявлены выраженные тканеспецифические изменения в метилировании повторяющихся последовательностей генома при раковом перерождении клеток и тканей, гормональной индукции и старении. Еще в 1978 г. Н.Н. Бурцева в нашей лаборатории нашла в ядрах лимфоцитов у лейкозных коров, по крайней мере, две ДНК-метилазные активности, одна из которых резко отличалась по специфичности действия от аналогичных ферментов из клеток здоровых коров. Значит, раковая клетка обладает иным набором и специфичностью действия ферментов ДНКметилаз по сравнению с нормальной, а уровень и характер метилирования ДНК в раковой клетке резко изменены. Все это позволило нам заявить, что нарушение метилирования ДНК — верный путь к раку. Теперь это стало истиной и получило подтверждение и развитие в работах С. Бейлина, П. Джонса, Р. Ениша (США) и др., а сведения о характере метилирования генов — ранний диагностический признак рака. Меня часто спрашивают, что лучше — когда ДНК сильно или слабо метилирована? Мой ответ — ни то, ни другое: она должна быть метилирована нормально. Когда мой коллега из Национального токсикологического центра США Л. Пуарье исключает из рациона метионин (источник метильных групп), у всех подопытных крыс через две недели неотвратимо возникает опухоль печени (гепатома). Рак развивается и в том случае, когда у транс генных мышей активирован ген человеческой ДНК-метилазы, что приводит к суперметилированию генома. В результате нокаута одного из генов ДНК метилаз останавливается развитие эмбрионов шпорцевой лягушки и включается запограммированная гибель клеток (апоптоз). Как ни крути, к изменению метилирования ДНК нужно относиться с большим уважением и осторожностью. Между тем, сами клетки могут эффективно контролировать этот эпигенетический сигнал. Так, у животных метилирование ДНК контролируется гидрокортизоном, и, по нашим данным, оно модулируется антиоксидантами. В 1979 г. Г.А. Романов показал, что высокоочищенные дексаметазонрецеп торные комплексы из печени крысы специфично связываются с GC обогащенными участками ДНК. Это первое в мире указание на наличие в ДНК особых сайтов связывания гормонрецепторных коплексов (ГРК), что оказалось своеобразным сюрпризом для отцов «империи» гормонов — Дж. Бакстера и Б. О’Мелли (США). ГРК преимущественно взаимодействуют с гомологичной фракцией ДНК, транскрипция которой индуцируется гормоном кортизолом. Мы установили, что in vitro метилирование ядерной ДНК печени крысы гомологичной ДНК-метилазой препятствует связыванию с ней ГРК, а это означает, что потенциальные возможности гормона при этом не реализуются. Управа на метилирование ДНК существует и у растений. В частности, мы показали, что оно контролируется разными фитогормонами: под их действием заметно уменьшается глобальное метилирование ДНК в клеточном цикле. 7 БИОЛОГИЯ Материализация эпигенетики Так что же с наследованием? Когда и в какой степени метилируются ДНК в клеточном цикле у растений и животных? Известно, что синтез одной из цепей ДНК при репликации двутяжевых ДНК происходит непрерывно, а другой прерывисто с образованием относительно коротких фрагментов, которые затем сшиваются в одну непрерывную цепь (рис.5). Мы задались целью выделить эти фрагменты и выяснить, метилированы ли они или нет. Оказалось, что они (фрагменты Оказаки) метилированы. Так было открыто репликативное метилирование ДНК у животных и растений. В отличие от лигированной ДНК, метилирование фрагментов Оказаки устойчиво к действию различных ингибиторов и не подавляется гормонами. Мы пришли к выводу, что в ядре имеется несколько ДНК-метилаз, и на разных стадиях репликации метилирование ДНК может осуществляться разными по специфичности действия ферментами. Это полностью согласуется с современными сведениями о множественности ядерных ДНК-метилаз у животных и растений. Вместе с М.Д. Кирносом и Н.И. Александрушкиной мы предложили и описали новый механизм природной регуляции репликации ДНК-метилированием. Установлено, что в результате репликации у растений образуются полуметилированные дуплексы ДНК (рис.6): одна цепь метилирована значительно сильнее другой. К концу клеточного цикла асимметрия цепей уменьшается, и перед новой репликацией полуметилированные сайты становятся полностью метилированными. Репликация полуметилированных ДНК в клетке, видимо, запрещена, так как она приведет к утрате эпигенетического сигнала. Много позже показали, что такая регуляция репликации реализуется у бактерий. Рис.5. Репликация ДНК (кружками обозначены метильные группы). Теперь стало более или менее понятным, как именно эпигенетический сигнал (характер метилирования) передается по наследству. При репликации возникают полуметилированные ДНК (рис.6). В таком состоянии, видимо, и работает большинство генов в интерфазном ядре (т.е. в течение всей жизни клетки между делениями). Перед очередным раундом репликации генома и делением клетки особые ДНК-метилазы (поддерживающие статус метилирования генома) превращают полуметилированные в полностью метилированные. Метилированный цитозин в одной цепи служит отличительным признаком и условием для метилирования цитозинового остатка в комплементарной цепи. При этом гены инактивируются (транскрипция — стоп!), и они в принципе готовы к репликации (она разрешена), когда клетка завершает свой цикл (рис.6). 8 БИОЛОГИЯ Материализация эпигенетики Таким образом, характер метилирования ДНК наследуется! И это доказано уже многими опытами. Например, установлено, что обработка растений ингибитором метилирования ДНК, 5азацитидином, приводит к наследуемому в нескольких поколениях сильному (иногда более чем на 30%) увеличению белковости зерна. Такое и не снилось генетикам и селекционерам. Обычно гены запасных белков довольно сильно зарепрессированы; для прорастания и начального развития растения вполне достаточно запасного белка, которое имеется в зерне. 5азацитидин подавляет метилирование ДНК, и эти гены экспрессируются гораздо интенсивнее. Растению в принципе это и не нужно, а нам — большая выгода (зерно особенно ценно для нас белком, определяющим его хлебопекарные свойства). Не исключено, что не правильный, искаженный характер метилирования ДНК иногда наследуется прочно или даже навсегда. В одних случаях это может быть благом, а в других — обернуться большим злом, наследственными болезнями. Рис.6. Регуляция метилированием репликации ДНК в клеточном цикле. Однако клетка всегда стремится вернуться к исходному правильному «портрету» своего генома, и у нее существуют особые тонкие механизмы, поправляющие искажающие удары судьбы и среды. К сожалению, об этом мы еще очень мало знаем. Как бы ни было, скептики, о которых упоминалось в самом начале статьи, повержены. Сегодня доподлинно известно, что метилирование ДНК в клетке — не пустяк; оно контролирует все генетические процессы: транскрипцию, репликацию, рекомбинацию, транспозицию генов, репарацию, инактивацию Х-хромосомы (половую дифференцировку). Неудивительно, что к изучению этой небольшой энзиматической модификации генома прикован огромный интерес многих исследователей в мире. *** Что день грядущий нам готовит?.. Думается, очень нелегкую научную жизнь, сулящую нам новые поиски и находки, очевидную горечь неудач и неописуемую радость познания. Мы постарались здесь рассказать всего лишь об одном из эпигенетических сигналов, который затрагивает структуру ДНК и наследуется, но не закодирован непосредственно в геноме. Очень хочется принести извинения за частое упоминание наших работ. Такова уж судьба и роль первопроходцев: наряду с отрицанием по принципу «этого не может быть, потому что не может быть никогда» все же иногда приходит и заслуженное признание. В юбилейном для ДНК году цикл этих работ отмечен в МГУ первой премией имени М.В. Ломоносова. Сразу же подчеркну, что исследования начаты вместе с моим учителем академиком А.Н. Белозерским и все они неотрывно связаны с именем и памятью об этом выдающемся ученом и удивительном, богатом душой и сердцем человеке. 9 БИОЛОГИЯ Материализация эпигенетики С раскрытием и описанием исключительной роли метилирования ДНК в жизни организмов, по сути, впервые по-настоящему произошла и материализация самой эпигенетики. Уверен, что в клетке имеются и другие системы эпигенетических сигналов, их много и они разнообразны. У некоторых из них решающая роль принадлежит не ДНК, а белкам, в том числе белкам хроматина. Сегодня даже говорят о гистоновом «коде». Гистоны — белки, которые участвуют в структурировании хроматина, и часто их модификация «туда и обратно» (метилирование, фосфорилирование, ацетилирование, убиквитинирование без или с приставкой де) определяет, будут ли гены активными или нет. К этому примыкают еще и множественные специальные негистоновые регуляторные белки, формирующие затейливые комплексы на ДНК, которые заставляют гены молчать или, напротив, запускают их в работу. Мы на пороге расшифровки и этих любопытных сигналов. Однако это уже — отдельная песня... В самом начале я упомянул, что век двадцатый был веком торжества гене тики. Нет сомнений, в том, что век нынешний по праву — век эпигенетики. 10