Хиршхорн черпал свою уверенность и в работах Питера Вишера, давшего генетикам новый подход к изучению наследуемости у человека. Вишер начал исследовать генетику человека после долгих лет работы в животноводстве. Селекционеры изучают наследуемость у коров, чтобы выяснить, благодаря чему те могут давать больше молока, и у свиней, чтобы получить от них больше мяса
[637]. В XX в. для отслеживания влияния генов на эти признаки использовали подробные родословные. Но в конце прошлого века селекционеры получили технологию, позволяющую определять у изучаемых животных генетические маркеры.
Вначале исследователи искали гены, которые сами по себе могли бы оказывать большое влияние. Вскоре стало ясно, что такой признак, как выработка молока, контролировался большим количеством генов, каждый из которых влиял понемножку. Селекционеры обнаружили, что могут улучшить скот, если сравнят все интересующие их генетические маркеры у разных животных. Генетически похожие животные обычно имеют и похожие признаки. Селекционеры могли выбирать, каких животных разводить, руководствуясь так называемыми геномными предсказаниями.
Когда Вишер в начале 2000-х гг. переключился с животных на людей, он понял, что может продолжать использовать геномные предсказания. Вишер и его коллеги вооружились методом, использовавшимся на скотных дворах, и приспособили его для изучения генетики человека. Они назвали его «полногеномный анализ сложных признаков». Чтобы понять, эффективно ли тот работает, исследователи опробовали его на самом хорошо изученном комплексном признаке – человеческом росте.
Ученые проанализировали данные из предыдущих исследований, в которых использовался полногеномный поиск ассоциаций, обращая внимание на генетические маркеры тысяч людей. Они получили оценки генетического сходства между каждыми двумя людьми. Оказалось, что у людей наследственность работает примерно так же, как у кур. Пары людей с высоким генетическим сходством обычно имеют и близкие значения роста. Эта похожесть отражает наследуемость признака. Чем больше сходство, тем выше наследуемость.
Когда Вишер с коллегами оценил наследуемость роста у человека, используя генетическое сходство, то получил число, близкое к тому, которое выходило ранее при исследовании семей и близнецов. В 2015 г. исследователи опубликовали свои результаты в журнале Nature Genetics и объявили, что потерянная наследуемость «пренебрежимо мала»
[638].
Когда мой визит к Хиршхорну подходил к концу, я заметил, что он поглядывает на часы стационарного телефона. Вскоре у него должно было начаться селекторное совещание с многочисленными коллегами. Они собирались устроить еще один прорыв – расширить число исследуемых с 800 000 до, если получится, 2 млн человек. Но прежде чем я ушел, Хиршхорн пояснил, что потратил годы на изучение наследуемости роста не просто для того, чтобы составить список генов. Он хотел использовать этот список для проникновения в тайны роста. Если остановиться и задуматься о том, что значит расти, вы поймете, как это удивительно. Каждая часть тела должна так изменить свою форму и размер, чтобы это соответствовало всем остальным частям. Для конструирования взрослого человека не существует какого-то главного чертежа. Каждая клетка принимает решение сама за себя, руководствуясь лишь химическими сигналами и собственной сетью генов, молекул РНК и белков.
По мере того как рос составляемый Хиршхорном список генов, он с коллегами искал в нем закономерности. Эти гены оказались не случайным набором. «Большинство из них активны в ростовых пластинках», – сказал Хиршхорн.
Ростовые пластинки – это тонкие слои клеток, расположенные в концах костей конечностей. У детей некоторые клетки в таких пластинках подают сигналы, побуждающие соседние хрящевые клетки делиться. Когда клетки делятся, кость удлиняется. Со временем клетки хряща преобразуются, заменяясь костными. В конце концов клетки совершают самоубийство, разрываются и высвобождают вещества, дополнительно укрепляющие кость.
Хиршхорн и его коллеги обнаружили, что многие гены из их списка обычно бывают активны в клетках ростовой пластинки. Понятно, что и другие части тела тоже должны расти, чтобы люди становились выше. Но командуют парадом, похоже, именно ростовые пластинки. Мутации в генах, работающих в этих пластинках, ускоряют или замедляют рост костей конечностей. Остальные члены организма должны подстраивать свою скорость, чтобы следовать за лидером.
И все же Хиршхорн понимал, что ему надо будет искать и другие механизмы, связанные с ростом. Первый ген, о котором они с коллегами выяснили, что он связан с ростом, – hmga2, работает в клетках эмбриона, а не в ростовых пластинках у детей. Сейчас по-прежнему считается, что он оказывает сильнейшее влияние на рост. Но, несмотря на многочисленные исследования, проведенные Хиршхорном и его аспирантами, он до сих пор не знает, почему этот ген так важен. «Он не перестает меня озадачивать», – признается Хиршхорн.
Вполне возможно, что исследователю придется стать геномной Шахерезадой, чтобы рассказать все истории о том, как гены влияют на наш рост. В 2017 г. Джонатан Притчард – тот, что создал программу STRUCTURE, – попытался предсказать, для какого количества генов исследователи в итоге найдут связь с ростом. Когда Хиршхорн доберется до тысячи генов, сможет ли он свернуть свои дела? Притчард думает, что нет.
Для своей работы Притчард с коллегами внимательно изучил исследование по полногеномному поиску ассоциаций, которое Хиршхорн с соавторами опубликовал в 2014 г. В том исследовании команда Хиршхорна проверила 2,4 млн генетических маркеров у четверти миллиона человек. Они искали такие генетические варианты, которые были бы явно связаны с ростом. Настолько явно, что уверенно исключалась возможность простого совпадения.
В результате исследования Хиршхорн с коллегами получил список из примерно 700 генов, заметно связанных с ростом. Кроме того, ученые нашли множество других – неоднозначных – вариантов, которые не полностью соответствовали их строгим стандартам. Эти аллели могли иметь слабое влияние на рост либо проявиться в исследовании случайно. Для подобных неоднозначных вариантов Притчард использовал новые статистические методы – чтобы проверить, не удастся ли ему отделить генетические зерна от плевел.
Работая совместно с коллегами, он находил людей, у которых было две копии исследуемого аллеля, и проверял их рост. Затем определялся рост людей с одной копией и тех, у кого вообще не было такого аллеля. Во многих случаях это сравнение дало небольшие, но ощутимые результаты. Две копии какого-то аллеля отвечали за рост ниже среднего уровня, наличие одной копии делало рост чуть выше, а отсутствие этого аллеля еще сильнее увеличивало рост. Затем Притчард и его коллеги исследовали новую группу из 20 000 человек, чтобы проверить свои результаты. Они обнаружили такое же влияние тех же аллелей.
Особенно поразительным в этом исследовании является количество аллелей, которые выявил Притчард с коллегами. Ученые обнаружили, что из всех анализируемых маркеров на рост влияют 77 %, а это почти 2 млн участков человеческой ДНК. Участки эти отнюдь не были сосредоточены вокруг нескольких генов на какой-то одной хромосоме. Они располагались на всех хромосомах, охватывая весь человеческий геном.
