derived neurotrophic factor, то есть глиальный клеточный нейротрофический фактор).
Стресс вызывал повышение экспрессии гена Gdnf у спокойных мышей. У нервных мышей он же становился причиной снижения экспрессии того же гена. Далее, различные инбредные линии мышей могут иметь разные коды ДНК, поэтому ученые проанализировали область промотора, который контролирует экспрессию Gdnf. Последовательность ДНК на промоторе Gdnf оказалась идентичной как у мышей «спокойной», так и «нервной» линий. Но когда исследователи изучили эпигенетические модификации этого промотора, то здесь были выявлены определенные отличия. Гистоны нервных мышей имели меньше ацетиловых групп, нежели гистоны спокойных животных. Как мы уже знаем, низкие уровни ацетилирования гистонов ассоциируются с низкими уровнями экспрессии генов, так что это вполне соответствовало снижению экспрессии Gdnf у нервных мышей.
Эти данные заставили ученых задуматься, что же произошло в нейронах прилежащего ядра. Почему уровни ацетилирования гистонов в гене Gdnf нервных мышей понизились? Когда исследователи проанализировали уровни ферментов, присоединяющих ацетиловые группы к гистонам или удаляющих их, то обнаружили только единственное различие между двумя линиями мышей. Некая гистондеацетилаза (принадлежащая к классу белков, удаляющих ацетиловые группы) под названием Hdac2 намного активнее экспрессировалась в нейронах нервных мышей[215] по сравнению с теми же показателями у спокойных мышей.
Другая группа исследователей изучала мышей в другой модели депрессии под названием «социальное унижение». В ходе этих экспериментов мыши ставились в условия, «принижающие их статус». Их помещали в среду, где они не имели возможности скрыться от крупной, угрожавшей их безопасности мыши, однако ученые всегда освобождали мышей, прежде чем дело успевало дойти до физической расправы. Для одних мышей такая ситуация оказывалась очень стрессовой, другие переживали ее с кажущимся безразличием.
В этих экспериментах взрослые мыши подвергались «социальному унижению» на протяжении десяти дней. По окончании этого срока психика животных классифицировались как восприимчивая или устойчивая, в зависимости от того, насколько тяжело или легко мышам удавалось пережить этот опыт. Две недели спустя поведение мышей тщательно анализировалось. У мышей с устойчивой психикой определяли нормальные уровни кортикотропин-высвобождающего гормона. Это химическое соединение, выделяемое гипоталамусом и являющееся тем веществом, которое в конечном итоге стимулирует продукцию кортизола, гормона стресса. Восприимчивые мыши демонстрировали высокие уровни кортикотропин-высвобождающего гормона и низкие уровни метилирования ДНК на промоторе этого гена. Эти данные согласовывались с высокими уровнями экспрессии гена. У них также оказались пониженные уровни Hdac2 и повышенные уровни ацетилирования гистонов, что опять же полностью соответствовало активной экспрессии кортикотропин-высвобождающего гормона[216].
Может показаться странным, что в одной модельной системе уровни Hdac2 у восприимчивых мышей повышались, тогда как в другой — понижались. Но, имея дело с разнообразными эпигенетическими явлениями, всегда необходимо помнить об их совокупном влиянии. Не существует какого-либо единственного способа, которым могли бы контролироваться уровни Hdac2 (как и уровни любого другого эпигенетического гена, если уж на то пошло). Контроль над ними зависит от участка мозга и точности действия сигнальных систем, активируемых в ответ на раздражитель.
Существуют и другие весомые доказательства ключевой роли эпигенетики в реакциях на стресс. Обычно нервные мыши категории В6 демонстрируют повышенную экспрессию Hdac2 в прилежащем ядре и пониженную экспрессию гена Gdnf. Мы можем давать этим мышам САГК, ингибитор гистондеацетилазы. Присутствие в организме САГК ведет к повышению ацетилирования промотора Gdnf что в свою очередь, способствует повышению экспрессии гена Gdnf. В результате применения этого препарата мыши перестают нервничать и успокаиваются[217], т. е. изменение уровней гистонового ацетилирования гена влияет на поведение мышей. Это может служить полноценным подтверждением теории о том, что ацетилирование гистонов имеет действительно большое значение для формирования реакции этих мышей на стресс.
Один из тестов, которыми пользуются для определения степени депрессии, испытываемой мышами в стрессовых ситуациях, называется тестом сахарозного предпочтения. В обычных условиях мыши любят подслащенную воду, однако в состоянии депрессии эта наклонность проявляется у них в значительно меньшей степени. Такое снижение реакции на приятный раздражитель называется ангедонией. Именно она, как представляется, может служить одним из основных соответствий между последствиями депрессий у животных и человека[218]. Большинство людей, испытывающих тяжелые депрессии, жалуются на утрату интереса ко всему, что делало их жизнь радостной и яркой до заболевания. Когда подверженным стрессам мышам давали антидепрессанты СИОЗС, их интерес к подслащенной воде постепенно начинал возвращаться, но если им давали САГК — ингибитор ГДАЦ, то их влечение к любимому напитку восстанавливалось значительно быстрее[219].
Ингибиторы гистондеацетилазы, способные изменить поведение животных, влияют не только на нервных или спокойных мышей. Они же актуальны и для новорожденных крысят, обделенных любовью и лаской своих матерей и растущих в состоянии хронического стресса, при котором наблюдается сверхактивное производство кортизола. Если эти «нелюбимые» матерями малыши получают ТСА, первый из обнаруженных ингибиторов гистондеацетилазы, то оказывается, что они значительно меньше подвержены стрессам и на раздражители реагируют практически так же, как животные, воспитывавшиеся в материнской любви. Уровни метилирования ДНК на гене рецептора кортизола в гиппокампе снижаются, в результате чего повышается экспрессия этого рецептора и улучшается чувствительность важнейшего фактора — отрицательной петли обратной связи. Считается, что это происходит вследствие перекрестного взаимодействия между схехмами гистонового ацетилирования и метилирования ДНК[220].
В исследованиях на мышиной модели «социального унижения» восприимчивые к стрессам животные получали антидепрессанты СИОЗС. Через три недели приема препарата их поведение уже в большей степени соответствовало поведению устойчивых к стрессам животных. Однако применение этих антидепрессантов приводило не только к повышению уровней серотонина в головном мозге. Результатом его становилось и увеличение метилирования ДНК на промоторе кортикотропин-высвобождающего гормона.
Все эти исследования в полной мере согласуются с моделью, согласно которой существуют перекрестные взаимодействия между мгновенными сигналами с нейротрансмиттеров и долгосрочным влиянием на клеточные функции эпигенетических ферментов. Когда испытывающие депрессию пациенты получают препараты СИОЗС, уровни серотонина у них в головном мозге начинают повышаться, и направляемые на нейроны сигналы становятся более мощными. Из экспериментов с животными, описанных в предыдущем абзаце, следует, что этим сигналам требуется несколько недель для запуска всех цепей, чтобы в конечном итоге привести к изменению схемы эпигенетических модификаций в клетках. Эта стадия необходима для восстановления нормального функционирования головного мозга.
Эпигенетика располагает также разумной гипотезой для объяснения и другой интересной, хотя и удручающей, особенности тяжелых депрессий. Если вы когда-либо страдали от депрессии, то у вас значительно больше шансов, чем в среднем, вновь испытать на себе в будущем это состояние. Вероятно, некоторые эпигенетические модификации чрезвычайно сложно обратить вспять, как и заставить нейроны быть менее восприимчивыми к следующему обострению болезни.
С этим все понятно. Все выглядит вполне соответствующим нашей теории о том, что жизненный опыт, постоянно накапливаясь, оказывает долгосрочное влияние на наше поведение, и происходит все это по эпигенетическим причинам. Однако проблема вот в чем: эта область, иногда называемая нейроэпигенетикой, является, пожалуй, наиболее спорной из всех эпигенетических исследований.
Чтобы просто получить представление о том, насколько много здесь противоречий, задумайтесь над следующим фактом. В нашей книге мы уже встречались с профессором Эдрианом Бердом. Во всем мире он считается главным авторитетом в области метилирования ДНК. Другой ученый, репутация которого в вопросах метилирования ДНК тоже не подвергается ни малейшим сомнениям, это профессор Тим Бестор из Медицинского центра Колумбийского университета в Нью-Йорке. Эдриан и Тим практически ровесники, они принадлежат к схожим физическим типам, оба вдумчивы и сдержаны в высказываниях. И они не согласны друг с другом едва ли не по любому вопросу, касающемуся метилирования ДНК. Отправьтесь на любую конференцию, где они оба принимают участие в работе одной секции, и вы гарантированно станете свидетелями страстной и вдохновенной дискуссии между этими двумя учеными мужами. Однако есть, пожалуй, единственный вопрос, в котором они публично придерживаются общего мнения, и касается он их крайне скептического отношения к некоторым сообщениям об открытиях в области нейроэпигенетики[221].
Существуют три причины, по которым они, как и многие их коллеги, настроены столь скептически. Первая из них заключается в том, что многие эпигенетические изменения, которые были замечены, относительно невелики. Скептики очень сомневаются, что такие несущественные молекулярные изменения могут привести к появлению явно выраженных фенотипов. По их мнению, только лишь наличие изменений не говорит о том, что они обязательно должны привести к какому-то функциональному результату, и они сомневаются в том, что изменения в эпигенетических модификациях носят всего лишь коррелятивный, а не каузативный характер.