По этой же причине люди с синдромом Дауна, клетки которых несут лишнюю 21-ю хромосому, не только бесплодны, но стареют быстрее своих сверстников, по крайней мере, если верить подсчетам профессора Франчески. Спасает их только то, что 21-я хромосома – самая маленькая в геноме человека. Анеуплоидия по другим хромосомам (не считая половые) дается людям гораздо тяжелее. С лишней 13-й или 18-й хромосомой – следующими по размеру с конца – больные живут максимум до 10 лет, а чаще и вовсе умирают в младенчестве.
В отличие от мелких мутаций, анеуплоидия и хромосомные аномалии возникают гораздо реже и далеко не во всех клетках. Этого беспорядка можно избежать, если клетка не размножается и не испытывает действительно сильный окислительный стресс.
Тем не менее в отдельных случаях анеуплоидия может принести определенную пользу. По крайней мере, ее неоднократно обнаруживали и в здоровых клетках мозга
[157], и в клетках печени
[158], которые находились под действием стресса. В некоторых ситуациях клеткам выгодно вместе с лишней хромосомой заполучить себе дополнительную копию каких- нибудь генов или, наоборот, избавиться от них. Таким образом, иногда и беспорядок может оказаться полезным – например, чтобы пережить тяжелые для клетки времена.
Генетические тараканы
В длинном списке бед, которые с возрастом настигают ДНК, кроме пятен и трещин, есть еще и паразиты. Это ретротранспозоны, то есть участки ДНК, которые могут независимо от клетки размножаться и перемещаться по геному. Они напоминают по структуре ретровирусы, к которым относится, например, вирус иммунодефицита человека. Так что ретротранспозоны можно считать объектами наподобие вирусов, которые застряли навсегда в нашей ДНК (хотя, строго говоря, кто из них появился раньше, вирусы или ретротранспозоны, до сих пор неясно). Эти паразиты с нами с самого рождения, их можно найти у кого угодно в любой клетке, и с возрастом их становится только больше.
Ретротранспозон получил первую часть своего названия, потому что способен не только считывать информацию с ДНК, но и "вписывать" ее обратно. Выглядит цикл его размножения так: клетка принимает паразитический участок ДНК за свой и копирует с него информацию в виде промежуточной молекулы РНК (аналог ДНК, состоящий из одной цепи). Эта РНК несет информацию о белке под названием обратная транскриптаза, или ревертаза. Этот белок запускает обратный процесс: на основе РНК он строит новый участок нити ДНК, который затем встраивается в случайное место в хромосомах клетки, – и размножение совершилось.
Гены ретровируса, в отличие от ретротранспозона, кодируют еще и белки оболочки, из которых собирается вирусная частица. Затем вирус выходит из клетки (нередко разрушая ее) и отправляется на поиск новых жертв. А ретротранспозон – это "недоделанный" ретровирус, у него нет белковой оболочки и соответствующих ей генов. Поэтому все, что он может, – это размножаться и перемещаться в пределах ДНК одной клетки.
Ретротранспозоны, которые навеки поселились в ДНК человека, занимают, по разным оценкам, от 45 %
[159] до двух третей
[160] нашего генома. Не стоит удивляться таким большим цифрам: непосредственно генетической информации (такой, которая кодирует клеточные молекулы) в нашем геноме всего около 2 %
[161]. Остальные участки ДНК – это "технические" зоны или генетический мусор (вроде последовательностей-паразитов), а про некоторые мы так и не знаем до сих пор, откуда они появились и зачем нужны. Так или иначе, почти половина нашей ДНК в некотором роде – не наша, чужеродная. И почти все это – ретротранспозоны одного типа, LINE-1 (или коротко L1). Правда, большинство из них "пассивны": из примерно 500 000 копий L1 в нашей ДНК лишь 80–100 могут размножаться, остальные оказались нейтрализованы собственными мутациями.
В подавляющем большинстве случаев разгул транспозонов не приносит клетке ничего хорошего. Представьте себе, что у вас дома живет сумасшедший ксерокс, который копирует одну и ту же страницу и вставляет ее случайным образом в ваши книги. В некоторых случаях это хулиганство останется незаметным – если страница оказалась, например, между обложкой и титулом. Но иногда оно становится серьезным преступлением – если вирусный лист встроился посередине вашего паспорта или других ценных документов. Для вас это означает, что ваш паспорт больше не действителен, а для клетки – что ретротранспозон оказался посередине какого-нибудь гена, который в результате подобного вторжения перестал работать (то есть клетка не может больше производить белки, которые этот ген кодирует).
Примерно 1 из 1200 возникающих у нас мутаций – результат размножения
[162] ретротранспозона L1. Иногда их перемещение вызывает генетические болезни
[163], например некоторые типы гемофилии или мышечную дистрофию Фукуямы. В других случаях приводит
[164] к опухолевому перерождению клетки – если повреждает гены, контролирующие деление. Третья же группа мутаций не затрагивает жизненно важных генов, генетические паразиты прячутся по углам и до поры остаются незамеченными, пока их не становится слишком много – и тогда клетка теряет способность делиться
[165].
Подобно точечным мутациям, прыжки ретротранспозонов неизбежны. Паразиты поселились в этом клеточном доме задолго до того, как мы получили его в наследство. Искоренить их невозможно, да и вырезать злосчастные страницы из своей ДНК клеткам не под силу. Единственное, что они могут сделать, – это помешать ретротранспозонам размножаться. Для этого в молодых клетках есть специальные механизмы, которые заставляют скручиваться те участки ДНК, где расположены копии L1. Пока они свернуты, информация с них не считывается, РНК не образуется и ксерокс бездействует. Однако со временем эти механизмы дают сбой, ретротранспозоны выходят из-под контроля, и мутации продолжают прибывать.
