Диета влияет на активность метилирования, но как именно – предсказать невозможно
Многие люди, узнав, что метилирование некоторых генов может иметь негативные последствия, ищут способы уменьшить активность этого процесса. И быстро обнаруживают в интернете, что этого можно добиться, изменив диету. Метильные группы, которые навешиваются на гены, организм добывает из еды, в которой много метионина. "Значит, исключив источники метионина, я остановлю метилирование" – решает человек и берется за дело. И действительно, опыты показывают, что на безметиониновой диете степень метилирования резко падает. Но падает она по всему геному в целом, а не выборочно. Например, ограничительные метильные метки исчезают с генов, которые способствуют быстрому делению клеток и в норме заблокированы. Закономерный итог – всевозможные опухоли [103]. Специалисты исследуют, как можно влиять на статус метилирования "извне" организма, и, возможно, когда-нибудь мы научимся снимать только конкретные метильные метки. Но пока этого понимания нет, опасные эксперименты на себе лучше не проводить.
Эффективность эпигенетических настроек зависит от того, какие варианты определенных генов есть у человека
Определенные гены, которые организм эпигенетически "помечает" в ответ на стресс, "прицельно" влияют на самоконтроль. У мышей, которых в подростковом возрасте постоянно доставали из общей клетки и сажали в тесную "одиночку", метильными метками покрывался промотор гена тирозингидроксилазы – фермента, который синтезирует молекулы – предшественники дофамина, норадреналина и адреналина. Как вы помните, недостаток дофамина – одна из важнейших причин проблем с самоконтролем. Но стресс включал эпигенетические механизмы не у всех мышей: ген тирозингидроксилазы метилировался только у животных, которые несли "рисковые" аллели определенных генов, ответственных за формирование мозга. То есть эффект GxE проявляется и тут: среда изменяет развитие организма при помощи эпигенетических механизмов, если он несет генетические предпосылки к таким изменениям [104].
На работу эпингенетических регуляторов влияет и один из наших любимых "генов самоконтроля" – ген серотонинового транспортера SLC6A4. В ответ на стресс в раннем возрасте, как острый, так и хронический, у людей с короткими ("плохими") аллелями промотор этого гена метилировался заметно сильнее, чем у носителей длинных ("хороших") версий [105]. При этом у носителей коротких версий в ответ на стресс чаще развиваются депрессия и прочие нарушения, связанные с нехваткой серотонина. Как именно взаимодействуют разные аллели тех или иных генов и эпигенетическая машинерия, пока совершенно непонятно. Хотя эпигенетику изучают уже 30 лет, она все еще остается terra incognita. С одной стороны, это огорчает, но с другой – вселяет надежду. Не исключено, что когда мы все-таки разберемся с эпигенетическими механизмами, то получим ответы на многие вопросы, на которые "классическая" генетика ответить не может.
Эпигенетические изменения сохраняются в поколениях
Метки, которые организм ставит на разные гены, пытаясь наилучшим образом приспособиться к условиям среды, в которые он попал, часто сохраняются на всю жизнь53. Более того, они передаются дальше по цепочке поколений. Мыши и крысы, которые в раннем детстве подвергались хроническому стрессу (в том числе некоторых животных разлучали с матерью), передавали "стрессовые" эпигенетические пометки своим потомкам. И хотя ученые никак не портили жизнь детям и внукам стрессированных животных, они вели себя так, будто сами испытывали стресс. Есть и другие данные, показывающие, что определенные эпигенетические метки, вызванные стрессом в раннем детстве, наследуются из поколения в поколение [106], [107]. Как именно передаются подобные метки, ученые пока не знают: долгое время исследователи были уверены, что в зиготе, т. е. оплодотворенной яйцеклетке, все эпигенетические настройки "стираются". Оказалось, что это не так, т. е. эпигенетика регулирует физиологию не только конкретного организма, а сразу нескольких поколений.
У человека засечь "долгоиграющие" эпигенетические эффекты сложно – хотя бы потому, что людей нельзя скрещивать в контролируемых условиях. Но несколько ярких примеров ученым все же удалось обнаружить, хотя важно сразу оговориться, что выборки в этих исследованиях очень скромные. Специалисты исследовали детей евреев, которые пережили холокост. Они обнаружили, что у тех, кто прошел концлагеря, и их потомков один из генов, контролирующих ответ на стресс (FKBP5), метилирован иначе, чем у евреев из контрольной группы, которые не переживали такой колоссальный стресс. Самое интересное, что метильные метки унаследовались "наоборот": если у бывших заключенных промотор FKBP5 был гиперметилирован, то у их детей на нем "не хватало" меток. Авторы предполагают, что смена паттерна метилирования может быть адаптивной реакцией [108].
В другой работе исследователи анализировали ДНК женщин-тутси с посттравматическим стрессовым расстройством (ПТСР), которые во время геноцида этой народности в Руанде в 1994году были беременны. С 6 апреля по 18 июля было убито, по разным данным, от 500 тысяч до 1миллиона тутси. Ученые обнаружили, что у выживших женщин с ПТСР и их детей гиперметилирован промотор одного из генов рецептора к глюкокортикоидам. Причем дети, у которых ген был обильно покрыт метильными метками, тоже страдали от ПТСР различной степени тяжести. ПТСР возникает, когда стрессовый ответ человека выведен из строя. Ученые пока не до конца понимают, что именно ломается, но в нескольких работах была показана связь ПТСР как с недостатком, так и с избытком гормонов стресса. У контрольной группы женщин-тутси и их детей, которые избежали геноцида и даже не видели тех чудовищных событий, ген глюкокортикоидного рецептора был метилирован не больше обычного. Не было у них и симптомов, характерных для ПТСР и других психических расстройств (как и СДВГ, посттравматическое стрессовое расстройство – это не конкретная болезнь, а симптомокомплекс). Авторы полагают, что у женщин, переживших геноцид, сработали эпигенетические механизмы, которые отключили до крайности перевозбужденную ГГНС, инактивировав ген глюкокортикоидного рецептора. Такая мера помогает не "сжечь" организм прямо сейчас слишком сильной реакцией на стресс, но чревата последствиями в виде ПТСР. Эти настройки передались и детям, хотя они и не переживали травму [109].
К обеим этим работам есть вопросы. Они касаются и размера выборки, и самой методики, в том числе постановки контролей. В исследованиях, которые проводятся, что называется, по факту, избежать таких недочетов невозможно. Сам механизм эпигенетического наследования был подтвержден на животных моделях, и пока нет оснований считать, что он почему-либо отключился у человека. Но до тех пор, пока этот факт не будет строго подтвержден, мы можем говорить о наследственной передаче эпигенетических стрессовых настроек у Homo sapiens только как о гипотезе, пусть и очень многообещающей.
Полные отцы могут передавать эпигенетические "маркеры лишнего веса" своим детям
Исследований, демонстрирующих наследование эпигенетических меток у людей, очень мало, но некоторые из тех, что есть, не могут не впечатлять. В 2015 году ученые из Дании сравнили ДНК сперматозоидов худых и полных мужчин и обнаружили, что у них по-разному метилированы более 9 тысяч генов. Многие из этих генов непосредственно контролируют пищевое поведение и чувство насыщения – например, ген MCR4, о котором мы говорили в главе 4. Ученые не проверяли, сохраняется ли этот паттерн метилирования в ДНК детей, но тот факт, что сперматозоиды несут "меченую" ДНК, косвенно указывает, что это возможно. Cамый интересный результат исследователи получили, когда несколько из участвовавших в опыте мужчин решились на шунтирование желудка – хирургическую операцию, в ходе которой врач разделяет желудок на большой и малый отсеки, а затем подводит к малому петлю тонкой кишки. После операции человек физически не может много есть, кроме того, пища хуже усваивается, так как уменьшенный желудок не в состоянии как следует обработать ее. В итоге вес начинает уходить очень быстро. Уже через неделю после операции в ДНК сперматозоидов появилось больше 1500 эпигенетических изменений. Через год, когда мужчины похудели и стабильно удерживали новый вес, количество изменений выросло почти до 4 тысяч, и опять многие из них затрагивали гены, связанные с аппетитом и чувством насыщения [110].
