Нехай говорять!
«Все в нашому житті набагато складніше, ніж видається. І люди, що працюють в науці, переконуються в цьому в першу чергу, - з такого, можна сказати, філософського вступу почав свою розповідь один з доповідачів наукової сесії член-кореспондент РАН Всеволод Кисельов. Всеволод Іванович разом з головним вченим секретарем РАН академіком Михайлом пальцеву підготував повідомлення про дослідження в області регуляції активності генів і створення на цій основі нових ліків. Цілком можливо, що ті, хто не стежить за останніми подіями в області генетики, вислухавши цю доповідь, скорегують свої погляди на дану область знання.
- До недавнього часу ми жили в уявленнях класичної генетики, - розповідає В. Кисельов. - Вони мають на увазі, що кожен з нас успадковує генетичну програму від матері і батька. У ній є якісь свої генетичні обтяження, накопичуються мутації. В результаті виникає потомство, яке несе геном від двох батьків, і все життя нащадків визначається тим багажем спадковості, який їх геном придбав. Ми знаємо, що є спадкові хвороби, володіємо інформацією, які з них передаються по жіночій або чоловічій лінії. І до недавнього часу вважалося, що за цим завжди стоїть порушення якогось гена. Відомий приклад - більш висока чутливість північних народностей до алкоголю через погане його засвоєння. У жителів Півночі в результаті мутації слабо працює ген, який відповідає за необхідний для цього фермент.
Одне з найпоширеніших спадкових захворювань пов'язано з мутацією в гені BRCA - супресору пухлинного росту клітин. Цей ген пригнічує розвиток раку в молочній залозі і яєчниках. У мутантному вигляді він досить широко поширений, і приблизно 5% всіх випадків раку молочної залози - це спадковий, або так званий сімейний, рак, тому що дівчинка успадкувала по жіночій лінії мутантний ген. У нормі білок BRCA пригнічує здатність клітин перетворюватися в ракові. Якщо продукція BRCA порушена, то ця захисна функція втрачена і клітини, які прагнуть до пухлинної трансформації, можуть дуже легко стати раковими.
До речі, в США все жінки обстежуються в рамках спеціальної скрининговой програми. Якщо у пацієнтки знаходять мутацію гена BRCA, їй пропонують для профілактики хвороби видалити молочні залози. Анджеліна Джолі - класичний приклад, у неї спадкова мутація BRCA. У нас такої програми, на жаль, немає. Хоча про її необхідності багато говорять.
Але найцікавіше те, що при обстеженні жінок з раком молочної залози з'ясувалося, що приблизно в 40% випадків ген BRCA структурно ідеальний! Однак при цьому він мовчить!
Здійснена недавно програма «Геном людини» продемонструвала, що в генетиці все не так просто, як здавалося раніше. Так, безумовно, є структурні гени, і концепція «один ген - один білок» як базова - справедлива. Але при цьому з'ясувалося, наприклад, що геном перенасичений різними послідовностями ДНК, на перший погляд безглуздими, баластними. Однак ці ДНК-послідовності грають колосальну роль в регуляції експресії функціонально важливих генів. Виявилося, що генетична програма, по якій ми живемо, зумовлена не тільки спадковими факторами, отриманими від батьків, але і новими генетичними придбаннями. Починаючи зі стадії морфогенезу у ембріона і далі протягом усього життя організму постійно змінюється спектр генної експресії.
Уявіть собі активно працює ген, який виконує важливу функцію. Ми думали, що вимикати його може лише необоротна мутація. Відомо, що структура гена може необоротно порушитися під впливом радіації, токсичних хімічних речовин, і через це він вимикається з системної роботи. Але виявилося, що ген може «замовчати» також в результаті дії так званих епігенетичних механізмів, які відрізняються від процесів, що відбуваються при мутації. Сьогодні відомо як мінімум три механізму, за допомогою яких ген, зберігаючи структуру і залишаючись бойовою одиницею, функціонально замовкає.
Безумовно, не всі гени і не у всіх клітинах, але окремі гени в деяких клітинах під впливом різних умов можуть піддатися глибокому перепрограмуванню. Я розповім про два ключові епігенетичних механізмах, які найбільш цікаві з точки зору перспектив лікарського втручання в їх регуляцію.
Кожна клітина насичена ферментами, які здійснюють регуляцію її повсякденній діяльності. Але певні фактори можуть викликати обурення ферментативних систем, змушуючи їх завдавати шкоди геному і клітці. Стимуляторами, або тригерами, цього є зовнішні причини: тютюнопаління, тривалий стрес, погана екологія, біологічне старіння організму. Якщо такий вплив триває деякий тривалий час, то воно впливає на геном, і ці зміни закріплюються.
Зупинимося на двох ферментах, які відіграють важливу роль в виключенні генів: гістондеацетілазу і ДНК-метилтрансферази. Перший механізм шкідницького впливу на гени такий. Відомо, що ген упакований в гистон - білкову оболонку певної конфігурації, яка забезпечує його функціонування. Якщо гістондеацетілазу цю оболонку опрацювала, то конфігурація останньої змінюється - вона стає більш щільною. При цьому подальша транскрипція блокується і нормальний ген перестає працювати. Хоча потенційно він як і раніше функціональний.
Другий механізм пов'язаний з іншим ферментом - ДНК-метилтрансферазою, яка також порушується при впливі різних шкідливих факторів і починає впроваджувати в ген метильние групи, тим самим модифікуючи його і створюючи механічні перешкоди до його подальшій роботі - можливості утворити РНК-транскрипт.
Ці процеси ми називаємо епігенетичними модифікаціями, або «епімутаціямі».
Вперше про метилировании генома, тобто про те, що ДНК ссавців містить метильние групи, написав член-кореспондент РАН Борис Ванюшин. Було відомо, що ланцюжок ДНК складається з чотирьох нуклеотидів: аденіну, гуаніну, тиміну і цитозину. Вчені задумалися, а що в молекулі ДНК роблять метильние групи, які хіміки виявили там років 40 тому. І до недавнього часу так і залишалося неясним, в чому тут суть. А виявилося, що це унікальний додатковий механізм регуляції генів.
Дуже важливо, що на відміну від звичайних генетичних мутацій епігенетичні модифікації не зачіпають структуру ДНК і є потенційно зворотними. Тобто вони можуть регулюватися факторами внутрішнього і зовнішнього середовища: особливостями харчування, стресами, лікарською терапією і навіть психоемоційними стимулами.
Доведено, що епігенетичні зміни при певних умовах здатні не тільки зберігатися при послідовних мітотичних діленнях клітини, але і передаватися трьом-чотирьом наступним поколінням. Хоча про це йшли довгі суперечки прихильників і противників епігенетики. Останні вважали цей підхід поверненням до ідей ламаркизма з його «спадкуванням набутих ознак».
Отже, і перший і другий епігенетичні механізми оборотні. А це означає, що якщо впливати на клітини інгібіторами ферментів гістондеацетілазу і ДНК-метилтрансферази, тобто придушити їх активність, то в потомстві клітин, підданих такого впливу, ген може відновити свої функції!
Причому потомство цих клітин після кількох поділів може позбутися нездорового багажу, тому що воно народилося в умовах, коли дві порушені ферментативні системи, які перепрограмують геном, знаходяться в пригніченому стані в результаті дії ингибиторного лікарського препарату. Таким чином, ви повертаєте клітці вихідну здорову генетичну програму.
Ще раз підкреслимо, що ми бачимо принципову відмінність епігенетичної моделі від так званої класичної структурної генетики, яка вважає, що якщо ген пошкоджений, то це є незворотнім. Там вихід один - міняти ген на здорову копію. До речі, сьогодні підходи генотерапевтіческого лікування стають реальністю, і ця область знань активно розвивається.
Але з епігенетичними змін справа йде набагато простіше, так як вони більш пластично впливають на геном і тому оборотні. І є можливість - через лікарські засоби - повернути клітці здорову програму.
Близько 10 років тому ми у співпраці з компанією «МіраксБіоФарма» почали працювати з природними речовинами, зокрема індольного сполуками і катехинами рослинного походження, з дуже широким спектром терапевтичної дії. Згодом стало зрозуміло, що ці речовини мають здатність пригнічувати гістондеацетілазу і ДНК-метилтрансферазу.
Ендометрій (внутрішня оболонка тіла матки) має дуже важливу властивість - рецептивний. Тобто ендометрій повинен дізнатися і закріпити запліднену яйцеклітину, щоб почалося зростання ембріона. Виявилося, що ця функція у хворих жінок порушена. За її формування в даному випадку відповідають два гени - HOXА10 і HOX11. Коли ми взяли зразки ендометрія у пацієнток, які страждають на безпліддя, то з'ясувалося, що майже у всіх випадках ці гени були метиловані, тобто вони функціонально мовчали.
Треба сказати, що в США до теперішнього часу вже зареєстровані два препарати епігенетичного характеру, які пригнічують процеси метилування генів. Їх ефективність доведена при деяких раках крові. Третій епі-препарат - ІНДІНОЛ ® Форто - зареєстрований в Росії і вже вийшов на фармацевтичний ринок. Це лікарський засіб, який одночасно пригнічує ДНК-метилтрансферазу і впливає на гістондеацетілазу. Спектр його дії дуже широкий, хоча в інструкції є рекомендації тільки для лікування захворювань молочної залози. Це був наш свідомий вибір, так як зростання захворюваності на рак молочної залози набуває катастрофічного характеру.
Так ось, ми вирішили спробувати, чи впливає він на клітини ендометрія. ІНДІНОЛ ® Форто був призначений 25 жінкам, і чотири з них після курсу його прийому успішно завагітніли!
Якщо повернутися до фундаментальних істин, то можна впевнено говорити, що класична геноцентріческая концепція сьогодні радикально переглянута. Молода наукова дисципліна епігенетика, що допускає можливість зворотного напрямку потоку інформації від функції, що знаходиться під впливом різних зовнішніх і внутрішніх факторів, до гену, буде однією з найбільш досліджуваних та перспективних в біології. За значущістю здійснюються в цій галузі відкриттів і масштабом розгортаються при цьому перспектив як у фундаментальній науці, так і в практичній медицині епігенетика вже ставиться в один ряд з такими епохальними науковими досягненнями, як теорія еволюції Дарвіна, відкриття Менделя і встановлення структури ДНК.