Так что в качестве заключения остается только один ответ на вопрос: а есть ли кто-нибудь там, снаружи? Предельно ясный ответ: да, кто-то есть, но внутри. Вывод: мы не одиноки, а в плохой компании. К счастью, метилирование ДНК всегда рядом — супергерой, способный заставить замолчать (или даже изгнать) наших нежеланных гостей.
Рис. 4. Механизмы транскрипции (процесс, который происходит в ядре клетки) и трансляции (процесс, который происходит в цитоплазме клетки)
А сейчас еще пара фактов о захватчиках
Самые последние исследования молекулярной эволюции показывают, что эти нежеланные паразиты нашей ДНК проникли в наш геном из-за инфекций миллионы лет назад. Считается, что внедрение или введение их в организм удалось благодаря пользе, которую они могут принести (некоторые из этих элементов прижились, выполняя новые полезные для клеток функции, другие инактивировались из-за мутаций и эпигенетических механизмов).
В любом случае эти элементы остались интегрированными в геномы, став неотъемлемой их частью и передаваясь из поколения в поколение.
В геномах многих организмов мы можем найти так называемые транспозоны — способные к передвижению участки ДНК, которые у человека составляют примерно 45 % генетического материала.
Некоторые из них являются эндогенными ретровирусами, то есть копиями последовательностей вирусов, которые навсегда интегрировались в геном. Речь идет о мобильных (они способны «прыгать» с одной стороны генома на другую) генетических элементах, типы которых могут быть разными, как, например, ретротранспозоны (SINE, LINE) или транспозоны ДНК.
Ретротранспозон — мобильный элемент генома, который использует PH К-интермедиаты, то есть промежуточные вещества, чтобы перемещаться и внедряться между различными участками хромосомы.
Ретровирус — вирус РНК, который способен превращаться в ДНК, чтобы встроиться в геном человека.
Глава 9Окружающая среда говорит с нашими генами, и иногда они прислушиваются
Считается, что человек не остров, и это правда — ну, как минимум в случае эпигенетики, потому что живые существа — это мы и наше окружение. Все, что вокруг нас, постоянно «говорит» с нами по разным причинам, но на единственном доступном языке — химических (и физических) модификаций.
Эпигенетика снова и снова оказывается в зоне взаимодействия между нашими генами и окружающей средой, превратившись в переводчика, который делает коммуникацию между этими двумя мирами возможной. Рассмотрим примеры.
Питание
Один из внешних факторов, который оказывает наибольшее влияние на нашу деятельность, — это питание. Риск развития многочисленных заболеваний, например рака или диабета, связан с нашими пищевыми привычками, так же как и различные отклонения в умственном и физическом развитии связаны с дефицитом питания.
Среди компонентов диеты, которые могут оказать наибольшее влияние на нашу эпигенетику, особое место занимают определенные питательные вещества, такие как витамин В12 и фолиевая кислота, содержащиеся во многих овощах и орехах. Они играют важную роль в эпигенетике, потому что являются «донорами» метильных групп, которые контролируют нашу ДНК. Организм людей, страдающих циррозом или имеющих проблемы с печенью, не может правильно усваивать эти питательные вещества, их геном подвержен тотальному гипометилированию, которое присоединяется к их основному заболеванию.
Но осторожно, опасен как недостаток, так и избыток. В США, например, можно купить фолаты без рецепта, их используют для лечения депрессии, что выливается в чрезмерное употребление, которое с довольно высокой вероятностью может вызвать другой тип отклонения — гиперметилирование ДНК.
Гипометилирование — это когда на участке ДНК происходит утрата метилирования.
Так что нужно принимать эти добавки с фолатами с осторожностью, исключительно по необходимости, в определенный период и при определенных обстоятельствах, например в течение беременности, и только по предписанию врача. Важно помнить, что у всех и каждого из нас геном различный, он усваивает фолаты и сопутствующие факторы по-разному ввиду генетических переменных (технически они называются полиморфизмы). Эти переменные позволяют некоторым геномам быстро прикреплять метильные группы к ДНК и белкам, в то время как в других геномах этот процесс займет больше времени, а отделение, наоборот, пройдет гораздо быстрее.
Алкоголь
Потребление алкоголя в чем-то схоже с полиморфизмами. Существуют люди с медленным метаболизмом, из-за которого эффект от алкоголя наступает быстро и длится долго, в то время как другие люди слишком быстро его усваивают, поэтому более устойчивы к его коварному воздействию. По аналогии существуют быстрые и медленные «метилировщики», что также определяет соотношение между эпигенетикой и питанием.
С другой стороны, внимание многих привлекает тот факт, что пока большинство ученых безапелляционно утверждает, что алкоголь вреден как для нашего здоровья, так и для эпигенома, другие восхваляют достоинства полифенолов вина. Что же это все означает? Что алкоголь эпигенетически вреден всем? Что он вреден в разной степени, в зависимости от человека? Или что только некоторые его компоненты могут быть полезны?
Гиперметилирование (избыточное метилирование) — это когда один участок ДНК метилируется сверх нормы.
Чтобы ответить на этот тройной вопрос, нужно обратиться не к алкоголю или любому типу алкогольных напитков вообще, а к вину в частности, так как именно в его состав входят, кроме этилового спирта, или этанола, различные полифенолы.
Что касается полифенолов (и в особенности одного из них — ресвератрола), то различные эксперименты на лабораторных животных показали, что полифенолы играют значительную роль как антиоксиданты и полиоксиданты в предупреждении раковых заболеваний. Однако хотя умеренное регулярное употребление вина считается полезным для профилактики сердечно-сосудистых заболеваний, гипертонии, диабета и некоторых типов рака, например рака молочной железы, легких, толстой кишки или простаты, в действительности эти утверждения должны быть восприняты не иначе как с осторожностью, пока не будут проведены исследования и, что важно, исследования на людях.
Что касается чрезмерного потребления алкогольных напитков: наблюдается корреляция между степенью злоупотребления и развитием различных типов рака, например рака печени, гортани или пищевода. Кроме того, алкоголь влияет на метилирование ДНК у людей, которые им злоупотребляют.
По поводу различных индивидуальных последствий злоупотребления алкоголем известно, что отвечающий за его удаление из организма фермент называется алкогольдегидрогеназа и представлен он в каждом организме в разном количестве. Поэтому удаление поступившего в организм алкоголя происходит по-разному, в зависимости от особенностей человека, что отражается на времени воздействия и, наконец, на потенциальном эпигенетическом вреде, который может быть нанесен.
Табак
Еще один фактор, который, без сомнения, может изменить наш геном, — это табак. Привычка курить, как мы все знаем, крайне вредна для здоровья во многих аспектах, и эпигенетические повреждения — один из них. Действительно, в первой главе мы рассматривали случай с однояйцевыми близнецами и влияние того, что один из них стал курильщиком, на очевидную эпигенетическую разницу.
Это происходит по той причине, что в табаке содержатся определенные компоненты, способные воздействовать на профиль метилирования наших клеток, что связано с большим риском развития многочисленных опухолей, в том числе рака легких и опухолей, локализованных в голове и шее. К ним обычно добавляют рак желчного пузыря, так как через него удаляются из организма метаболиты табака. Также нельзя забывать, что анализ клеток полости рта и дыхательных путей курильщиков, рак у которых был еще не диагностирован, показал существование эпигенетических отклонений, которые предшествуют появлению опухоли.
Однако, как бы это странно ни звучало, это хорошая новость. Как мы уже говорили, эпигеном подвижен и изменчив, так что если курильщик решит бросить, но эпигенетические изменения уже вступили в силу, есть шанс, что клетки «вспомнят» свой нормальный состав и частично вернутся к прежнему состоянию. Хотя, возможно, полностью восстановиться не получится (так как могли уже появиться более стабильные генетические повреждения), все же если мы бросаем курить, то сокращаем риск развития рака и увеличения наших эпигенетических повреждений. Это может быть применимо к другим респираторным заболеваниям, таким как хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ) или эмфизема легких. Все это доказывает, что неважно, сколько сигарет вы успели выкурить за все эти годы, в любом случае идея бросить курить просто замечательная как для вашего здоровья, так, конечно, и для тех, кто вас окружает.
Как мы уже говорили, табак воздействует на профиль метилирования и приводит к изменениям определенных аспектов нашей эпигенетики не только в метилировании ДНК, но и в модификациях гистонов и в микроРНК.
Самое интересное во всем этом то, что эпигенетика подвергается негативному влиянию не только у курильщиков, но и у их потомства: одно исследование доказало, что употребление никотина во время беременности и лактации приводило к нарушению уровня триглицеридов в крови и печени новорожденного из-за эпигенетических изменений в гистонах.
Еще одно исследование на мышах доказало, что токсичное влияние табака может эпигенетически передаваться из поколения в поколение, так что курение не только матери, но и бабушки увеличивает риск развития астмы у новорожденных.