__________
Самое очевидное, что при делении передается по наследству дочерним клеткам, – это форма. В нервной системе эмбриона многие нейроны имеют вытянутую веретенообразную форму с двумя тонкими отростками (биполярные нейроны). Отростки отходят от крошечного тела клетки, в котором хранится ДНК. И когда нейрон делится, дочерние клетки получаются такими же вытянутыми и похожими на веретено.
Это сенсорные нейроны, благодаря которым наше тело умеет чувствовать. Например, в коже большого пальца находятся разветвленные нервные окончания сенсорного нейрона, отросток которого дальше тянется от большого пальца к запястью, огибает локоть, поднимается по плечу и, наконец, достигает тела нейрона в скоплении клеток около спинного мозга. Если вы уколете палец шипом, болевой сигнал пройдет по отросткам сенсорного нейрона в спинной мозг, а оттуда уже по другому нейрону направится в головной.
Нейробиолог из Лионского университета Лейла Бубакар с коллегами задалась вопросом, как эти сенсорные нейроны наследуют свою двуветвистую форму от своих биполярных предшественников – клеток нервного гребня
[792]. Она внимательно наблюдала за их делением и заметила, что при этом происходит нечто удивительное. Перед делением клетки нервного гребня убирали свои два отростка, оставляя только шарообразные клеточные тела. Однако стоило такой клетке разделиться, как дочерние клетки отращивали новые два отростка с тех же сторон, где они были у материнской.
Чтобы разобраться в происходящем, ученые прикрепили светящиеся метки на некоторые белки клеток нервного гребня. Они обнаружили, что клетки сохранили, как это называет Бубакар с коллегами, «молекулярную память» о своей форме с двумя отростками. И эта память передается по наследству дочерним клеткам. Перед делением клетка нервного гребня откладывает специальный белок септин в основания обоих отростков. Скопление септина остается и после отмирания отростков, отмечая, таким образом, те места, где они были.
Затем клетка нервного гребня делится на два сенсорных нейрона, каждый из которых получает септиновую метку. В этом месте оба нейрона отращивают по новой ветви. В экспериментах Бубакар выяснилось, что после этого септин перемещается к противоположному концу нового сенсорного нейрона. Там септин формирует новое скопление – таким образом клетка помечает место, где будет образован второй отросток.
Исследование Бубакар показывает, что наследственность может обеспечиваться не только генами. При делении клетки все ее содержимое передается клеткам-потомкам. Несомненно, сенсорные нейроны получают гены от своих материнских клеток. Но одного только генетического наследования недостаточно, чтобы объяснить, как подобное порождает подобное в нашей нервной системе. Форма сенсорного нейрона наследуется не через гены, кодирующие септин или другие вещества. Белки из материнской клетки аккуратно организуют у потомков восстановление отростков в нужных местах.
__________
К тому моменту когда мои дочери появлялись на свет, в их организмах были уже сформированы сенсорные нейроны, а также и почти все другие типы клеток: белые и красные мышечные волокна, клетки белого и бурого жира, липоциты печени и клетки Панета в кишечнике. Но после рождения девочкам еще предстояло заметно вырасти.
В их детские годы многие клетки продолжали делиться. Большинство находилось уже достаточно глубоко в канавках ландшафта Уоддингтона, и их внутренняя наследственность была безжалостно ограничена. И я испытываю благодарность за этот строгий эпигенетический контроль. Он не позволил глазам превратиться в почки и появиться зубам на месте ногтей. Пока я работал над этой книгой, Шарлотта и Вероника достигли своих максимальных значений роста, которые определялись взаимодействием аллелей, унаследованных от нас с Грейс, и условиями жизни в Америке XXI в., богатой солнечным светом и пиццей. Когда мои дочери приблизились к своим окончательным размерам, размножение большинства их клеток гармонично затормозилось. Теперь их полноразмерные легкие плотно прилегают к грудным клеткам. А мочки их ушей не свисают до земли.
Однако ряд клеток продолжит давать новых потомков, и это созидательное пламя не потухнет на протяжении всей их жизни. Некоторые части нашего организма постоянно обновляются: старые клетки умирают, а новые образуются, чтобы занять их место. К тому времени как человеку исполняется 30 лет, его жировым клеткам в среднем только по восемь лет. Эритроциты живут лишь четыре месяца
[793]. Клетка кожи – всего месяц, вкусовой сосочек – десять дней, клетка желудка – не больше двух.
По всему человеческому телу разбросаны скрытые убежища стволовых клеток, которые могут восполнить потери этих короткоживущих клеток
[794]. В наших длинных трубчатых костях, костях таза и грудины есть полости, заполненные костным мозгом. Хранящиеся в них стволовые клетки могут образовывать два вида клеток: миелоидные и лимфоидные. Миелоидные дают начало своей части родословного древа: из них развиваются эритроциты, тромбоциты, а также макрофаги – иммунные клетки, пожирающие бактерий
[795]. У лимфоидных другое направление: они развиваются в T-клетки, которые могут запускать процесс самоубийства инфицированных клеток, и в B-клетки, которые синтезируют антитела, избирательно атакующие определенные патогены. Те стволовые клетки, что скрыты в стенке желудка, восстанавливают ее, когда старые клетки отшелушиваются. Подобное обновление происходит и в нашей коже.
Некоторые стволовые клетки создают новые ткани только в экстренных случаях. Клетки-миосателлиты угнездились в наших мышцах, они производят новые мышечные клетки, чтобы помочь исправить повреждение
[796]. Если вы порезали руку, то из стволовых клеток, расположенных в коже и волосяных фолликулах, образуются новые клетки кожи, которые переползут к краям раны и заживят ее.
Чтобы сохранять свои особые свойства, стволовые клетки должны быть защищены
[797]. Они могут находиться только в специальном химическом окружении, обеспечивающем активность определенных генетических сетей. В своем укрытии стволовая клетка раз за разом проделывает один и тот же фокус: она делится на две. Одна дочерняя клетка продолжает делиться, чтобы образовались зрелые клетки определенного типа. Другая остается стволовой. Стволовая клетка искусно руководит процессом, манипулируя тем, какие молекулы унаследуются дочерними клетками
[798]. Стволовые клетки не распределяют вещества поровну. Они собирают определенные белки и РНК на одном из полюсов. Когда такая клетка делится, одна из дочерних получает всю комбинацию молекул, удерживающих ее в состоянии стволовой. Другая «дочка» переключает свою генетическую сеть в новое состояние и приобретает новые свойства.
