Геномный импринтинг

Как я уже говорил ранее, одним из самых ошеломляющих открытий в генетике за последние тридцать лет явилось то, что мы не целостные существа с единой генетической целью, а соединенные друг с другом две генетические половинки – отцовская и материнская, у каждой из которых есть своя цель. Биологи привыкли думать, что гены не сохраняют память о своем происхождении. В 1980-х годах была открыта маленькая группа генов, степень выраженности которых зависела от того, кто из родителей передал этот ген ребенку. Часто одна копия гена была активной, а другая – неактивной. Итак, существуют отцовские и материнские активные гены.

Для наглядности приведу в пример первые два импринтированных гена, описанные у мышей. Igf2 (инсулиноподобный фактор роста 2) – отцовский активный ген, увеличивающий скорость деления клеток при эмбриональном росте. Одна-единственная активная копия гена увеличивает размер новорожденного на 40 %. Соревнуясь за доступ к материнскому вкладу, отцовские гены у детеныша имеют меньшее родство к генам его сиблингов, чем материнские. При многочисленном спаривании самки в брачный период или при смене отцов между пометами родство отцовских генов у детенышей понижается, а материнское родство остается неизменным. Таким образом, отцовские гены «сражаются сами за себя», а не за сиблингов (в сравнении с импринтированными генами или материнскими генами), результатом чего является быстрый рост эмбриона и большой размер родившегося детеныша.

У противоположно импринтированного гена другой результат. Igf2r (рецептор инсулиноподобного фактора роста 2) – материнский активный ген. В процессе эволюции у млекопитающих протеин этого гена развил вторичный участок связывания с Igf2 – последний переносится в лизосомы и распадается. Таким способом Igf2r избавляется от 70 % Igf2, произведенного организмом. В результате эмбриональный рост понижается на 30 %.

Мы видим, что в живом существе сталкиваются две мощные противостоящие силы, цель каждой – побороть другую. Получены доказательства того, что импринтированные гены, влияющие на развитие плода, почти всегда подчиняются правилу Хейга: отцовские активные гены имеют положительное влияние на рост при материнском вкладе, а материнские активные гены – негативное.

Стоит упомянуть один удивительный наглядный пример. Эмбрион мыши, которому искусственно заложены двойные отцовские/материнские гены, не развивается. Но если только часть клеток являются двойными отцовскими (ядра из двух клеток спермы) или двойными материнскими (ядра из двух яйцеклеток), а остальные клетки нормальны, то плод развивается хорошо. Чем больше двойных материнских клеток, тем меньше рождающийся детеныш; соответственно чем больше двойных отцовских клеток, тем он больше. Удивительно то, что относительный размер внутренних органов мышонка тоже изменяется. Например, чем больше двойных отцовских клеток, тем меньше неокортекс, а значит, и мозг; с гипоталамусом изменения прямо противоположны. Почему? Давайте посмотрим.