Гены млекопитающих работают по-отцовски
Мутации, определяющие активность генов, имеют бо́льшую силу, если располагаются в отцовских хромосомах.
У любого зверя в геноме объединены гены от обоих родителей. Пресловутый двойной набор хромосом формируется при объединении генетического материала от отца и от матери, так что хромосомы поделены на гомологичные пары, с различными вариантами одних и те же генов. И если взять пару гомологичных хромосом, то в одном и том же месте и в одной, и в другой мы найдём ген, кодирующий, к примеру, инсулин – но материнский и отцовский варианты будут отличаться по мутациям.
Однако, если свои гены млекопитающие получают поровну, то и мутации должны быть поделены поровну: и отец, и мать дают ребёнку примерно одинаковое их количество. Это действительно так, однако, если оценивать мутации по их проявлению, то отцовские проявляются в потомстве сильнее, чем материнские.
Исследователи из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл экспериментировали с тремя линиями лабораторных мышей, которые генетически отличались друг от друга примерно так же, как отличаются друг от друга разные люди. Обычно наследственные эффекты, влияние мутаций и т. д. изучают, скрещивая животных, относящихся к одной чистой линии и почти не отличающихся друг от друга по генам. Так мы можем наблюдать какой-то феномен, не беспокоясь о том, как на него повлияют индивидуальные особенности организма. Но, если мы собираемся по таким мышам судить о человеке, стоит помнить, что у человека как раз никаких чистых линий нет – поскольку нет ограничений на скрещивание – так что высочайшее генетическое разнообразие может как угодно влиять на те эффекты и феномены, которые мы наблюдали в чистом виде на животных. И, если мы хотим увидеть, как генетические эффекты срабатывают в реальной жизни, то нам нужно скрещивать между собой разные линии – что и было сделано.
Джеймс Кроули (James Crowley) и его коллеги «смешали» друг с другом три мышиных линии, причём каждая линия выступала как с материнской стороны, так и с отцовской; в результате в потомстве вышло девять видов гибридов. Когда мыши повзрослели, у них проанализировали активность генов в четырёх разных тканях, включая нервную ткань головного мозга. Полученные данные сравнивали с тем, насколько активны были те же гены у родителей.
Активность гена можно определить по количеству считанной с него мРНК: чем её больше, тем сильнее работает ген. В дальнейшем мРНК служит матрицей для сборки белковых молекул, и здесь вступают свои механизмы регуляции: например, мРНК может «замолчать» или просто деградировать. Однако в первом приближении можно считать, что количество мРНК определяет количество белка, то есть активный ген производит больше белкового «признака». Огромный класс мутаций влияет как раз на синтез (транскрипцию) мРНК – их называют регуляторными мутациями, и именно с них часто начинаются сложные заболевания, связанные с ненормальной активностью того или иного гена, такие, как диабет, сердечно-сосудистые болезни и многие другие.
Оказалось, как пишут авторы работы в Nature Genetics, что большая часть генов (и в том числе и тех, что функционируют в мозге) у потомства воспроизводила именно отцовский тип активности. То есть, если какой-то ген работает, как надо, или недорабатывает, или же слишком активен, то, скорее всего, в этом «заслуга» отца.
Ещё раз стоит подчеркнуть, что речь идёт не о вообще всех возможных мутациях, а лишь о регуляторных, то есть о тех, которые влияют на активность гена (потому что, например, есть и другие, которые могут изменять саму структуру белка, никак не сказываясь на его количестве или же количестве его мРНК). Причём, скорее всего, так обстоят дела у всех млекопитающих, то есть если вы внешне и похожи на маму, то относительно регуляции обмена веществ или работы нейронов мозга вы подчиняетесь отцовским инструкциям. Полученные результаты заставляют вспомнить так называемый геномный импринтинг (не путать с поведенческим!) – давно известное биологам явление, когда активность генов зависит от их происхождения. Например, у тех же млекопитающих в случае белка, называемого инсулиноподобным фактором роста IGF2, работает только тот аллель (вариант гена), который достался от отца; материнский же аллель IGF2 молчит. При импринтинге активно задействованы эпигенетические модификации ДНК, которые блокируют всякую активность «ненужного» гена.
Но импринтируемых генов у млекопитающих немного, всего 95, да и импринтинг может быть как отцовским, так и материнским. Теперь же к ним добавилось ещё несколько сотен с отцовским перекосом в активности. Что за молекулярные механизмы задействованы тут, ещё предстоит выяснить. С другой стороны, хотя авторы и говорят, что мы имеем дело с общей закономерностью для всех зверей, хотелось бы дополнительных подтверждений того, что у человека дела обстоят точно так же, поскольку тут дело касается уже практических вопросов, связанных с генетической диагностикой и терапией. Ведь теперь получается, что если в вашей ДНК нашли неприятную мутацию, важно знать, от кого она к вам пришла, от отца или от матери – от этого будет зависеть, насколько она может испортить вам жизнь.
