Несса Кэри - Мусорная ДНК. Путешествие в темную материю генома

• Название: Мусорная ДНК. Путешествие в темную материю генома
• Автор: Несса Кэри
• Жанр: Биология
• Год: 2016
• ISBN: 978-5-906828-62-0

Расшифровав генетический код, ученые обнаружили, что лишь 2% ДНК несут информацию о белках. А для чего же тогда нужны оставшиеся 98%? Поначалу генетики решили, что это мусор, хлам. Однако совсем недавно стало ясно — все гораздо сложнее, и именно эти «мусорные» области ДНК определяют сложность человеческого организма, его возможные болезни и даже — скорость старения! Здесь — ключи к пониманию эволюции и сущности самой жизни.

Сегодня множество ученых в самых разных лабораториях мира пытаются проникнуть в тайны «мусорной» ДНК, этой темной материи нашего генома. Об их последних результатах — в увлекательной книге английского генетика Нессы Кэри.

---

Вернемся к нашему старому врагу — табаку. В рамках одного из исследований проанализировали длину теломер в лейкоцитах более чем 1000 женщин. Обнаружилось, что у курящих теломеры короче, причем скорость их укорачивания увеличивается примерно на 18% за каждый год курения. По подсчетам исследователей, ежедневное выкуривание 20 сигарет в течение 40 лет эквивалентно потере почти 7,5 лет «теломерной жизни»30.

Исследование уровня смертности среди людей старше 60 лет, проведенное в 2003 году, показало, что у обладателей самых коротких теломер уровень смертности выше всего (во всяком случае, так утверждают авторы работы)31. Похоже, основной вклад здесь вносит смертность от сердечно-сосудистых заболеваний. Результаты подтверждает проведенное позже и более масштабное исследование, в ходе которого изучалась другая выборка пожилых людей32. Исследование представителей сообщества ашкеназов ста лет и старше показало, что более длинные теломеры сопутствуют меньшему проявлению симптомов старческих болезней и более впечатляющим когнитивным функциям по сравнению с людьми столь же преклонного возраста, обладающими более короткими теломерами33.

Иногда мы забываем, что на состояние здоровья и на продолжительность жизни влияют не только физические факторы. Хронический психологический стресс может оказаться весьма вредным для человека, оказывая негативное воздействие на самые разные системы организма, включая сердечно-сосудистую и иммунную34. Страдающие от хронического психологического стресса обычно умирают в более раннем возрасте, чем их сверстники, меньше подвергающиеся стрессу. Исследование женщин в возрасте от 20 до 50 лет показало, что у группы страдавших от хронического стресса теломеры короче по сравнению с группой, не испытывавшей такого стресса. Ученые, проводившие эксперимент, подсчитали, что воздействие хронического стресса, по сути, отнимает примерно 10 лет жизни35.

В гигантском пантеоне глобальных проблем здоровья, которых вообще-то запросто можно избежать, но которые оказывают на человечество колоссальное воздействие, ожирение борется за пальму первенства с курением. Вновь обратившись к данным Всемирной организации здравоохранения, мы обнаружим, что во всем мире из-за ожирения или лишнего веса ежегодно умирает около 3 миллионов человек. Почти четверть случаев сердечно-сосудистых заболеваний можно приписать ожирению или лишнему весу. Для страдающих диабетом второго типа вклад ожирения еще выше (почти половина всех случаев такого диабета обусловлена лишним весом). Для онкологических заболеваний этот показатель составляет, по разным оценкам, от 7 до 41%36. Экономический и социальный эффект такой эпидемии ожирения устрашает.

Недавние исследования показали, что существует довольно тесное взаимодействие между системами наших клеток, пытающимися регулировать энергетические и метаболические флуктуации и как-то реагировать на них, и теми системами, которые поддерживают целостность генома, в том числе и стабильность теломер37. Поэтому неудивительно, что ученые вовсю анализируют длину теломер в клетках тех, кто страдает ожирением. В статье, авторы которой изучали воздействие курения на длину теломер, кое-что сказано и о воздействии ожирения: они исследовали и это. Как выясняется, укорачивание теломер, связанное с ожирением, выражено еще сильнее, чем при курении, и эквивалентно потере примерно 9 лет жизни38.

Если все это побудит вас держать собственный вес под контролем, делайте это осторожно. По данным ООН, страной с наибольшей долей людей, которым 100 лет и больше, является Япония39. Почти наверняка в этом играет роль традиционное японское меню, ибо у японцев, переключившихся на рацион западного типа, нередко развиваются западные же хронические болезни. В основе традиционного японского стола — еда с низким содержанием белков и сравнительно высоким содержанием углеводов. Опыты на крысах показывают, что низкобелковая диета в ранний период жизни может быть одной из причин увеличения продолжительности жизни, а это, в свою очередь, часто связывают с длинными теломерами40.

Так что если вы подумываете перейти на высокобелковую и низкоуглеводную диету по Аткинсу или Дюкану, обсудите-ка это сначала со своей мусорной ДНК. Подозреваю, что ваши теломеры могут отнестись к этому неодобрительно.

Глава 6. Два — лучшее число на свете

Одна клетка превращается в 2, из 2 получаются 4, из 4 рождается 8. «И так далее, и так далее, и тому подобное», как сказано в фильме «Король и я»1. До тех пор, пока не появятся все 50 с лишним триллионов клеток человеческого организма. Каждый раз, когда человеческая клетка делится, она должна передать обеим дочерним клеткам точно такой же генетический материал, какой она несет в себе сама. Для этого клетка изготавливает точную копию своей ДНК. Появляется дубликат каждой хромосомы. Первоначально эти дубликаты остаются прикрепленными друг к другу, но затем расходятся на противоположные края клетки. Упрощенная схема этого процесса дается на рис. 6.1.

Рис. 6.1. Нормальная клетка содержит по две копии каждой хромосомы: одна копия унаследована от отца, другая — от матери. Перед делением клетки создается точный дубликат каждой хромосомы. Когда клетка делится, эти копии расходятся в разные стороны. В результате возникают две дочерние клетки, содержащие точно такие же хромосомы, что и исходная клетка. Для простоты здесь показана лишь одна пара хромосом, а не все 23 пары, имеющиеся в человеческой клетке. Различная окраска полосок на схеме показывает различное происхождение компонентов пары: она получает по одной хромосоме от каждого из родителей. Здесь отражено лишь деление ядра, хотя оно сопровождается и делением остальных частей клетки.

Есть одно исключение — половые клетки яичников или семенников, порождающие яйцеклетки или сперматозоиды соответственно. Яйцеклетки или сперматозоиды содержат лишь половину количества хромосом, которое имеется во всех других клетках организма. В результате при слиянии яйцеклетки со сперматозоидом в зиготе вновь восстанавливается полное число хромосом, а затем она уже делится, порождая 2 клетки, затем 4 — и так далее, и так далее, и тому подобное.

Такое уполовинивание числа хромосом оказывается возможным благодаря тому, что все наши хромосомы парные. Одну хромосому в каждой паре мы наследуем от матери, одну — от отца. На рис. 6.2 показано, как число хромосом уменьшается вдвое, когда создается яйцеклетка или сперматозоид.

Рис. 6.2. Процесс деления клеток, в ходе которого создаются гаметы (яйцеклетка или сперматозоид), каждая из которых содержит лишь одну хромосому из каждой пары. Вначале процесс выглядит как обычное деление клетки (показанное на рис. 6.1). Однако далее следует второе разделение хромосомных пар, при котором возникают гаметы с половинным числом хромосом. Уже на этой ранней стадии процесса размножения происходит обмен генетическим материалом внутри хромосомных пар. Тем самым увеличивается генетическое разнообразие потомства. (Впрочем, на данной схеме это не показано.).

Если деление клеток пойдет как-то не так, это может привести к очень серьезным последствиям (мы еще увидим это в данной главе). Клеточное деление — исключительно сложный процесс, требующий весьма скоординированной работы сотен различных белков. Кроме того, жизненно необходимо, чтобы клеточное деление протекало гладко и успешно. И поразительно, что немалая часть этого сложного и важного процесса так зависит от одного длинного фрагмента мусорной ДНК, называемого центромерой.

В отличие от теломер, центромера находится не на концевом, а на внутреннем участке хромосомы. В зависимости от конкретной хромосомы она может располагаться примерно в середине или ближе к концу. Ее позиция постоянна — в том смысле, что, к примеру, на человеческой хромосоме 1 она всегда располагается примерно в середине, тогда как на человеческой хромосоме 14 она всегда находится ближе к концу.

Центромеры, в сущности, представляют собой участки для прикрепления набора белков. Эти белки растаскивают разделенные хромосомы на противоположные края клетки. Представьте себе, как Человек-Паук выбрасывает паутину, целясь в предмет, который он хочет заполучить, и затем подтягивает этот предмет к себе. А теперь вообразите себе двух таких существ, только крошечных. Они стоят на двух противоположных краях клетки. Человек-Паук бросает сеть в нужную хромосому, сеть прикрепляется к ней, и затем он подтягивает хромосому к своему краю клетки. Его близнец проделывает то же самое на своем краю с другой хромосомой из данной пары.

Но нашему Человеку-Пауку приходится нелегко. Почти вся поверхность хромосомы покрыта веществом, отталкивающим паутину. Существует лишь один участок, к которому она может прилипнуть. Этот участок и есть центромера. В клетке центромера прикрепляется к длинной цепочке белков, которая оттаскивает хромосому от центра на периферию клетки. Такая цепочка белков называется веретеном деления.