Глава 5
От рабочей пчелы до королевы без венчания на царство
Наше общество заполнено псевдомыслителями, которые продают бессмысленные рецепты достижения максимального профессионального успеха за минимальное время. Однако если задуматься… От чего зависит людская иерархия? Есть ли какие-то причины для неравенства? Почему некоторые живут в богатых усадьбах, а другие ютятся в убогих лачугах? Почему некоторые боятся руки запачкать, а другие занимаются грязными работами?
Что делает из нас королей или плебеев?
Ответ на все эти вопросы мы найдем у насекомых: эпигенетика. Позвольте объяснить почему.
Улей — пример эпигенетики
Жизнь пчел предельно иерархична. В улье есть одна матка и десятки тысяч рабочих пчел. На самом деле многие из них являются тысячами клонов, идентичных на генетическом уровне, несмотря на то что их внешний вид и функции совершено разные: матка почти вдвое крупнее рабочих пчел, она не перестает откладывать яйца и живет в глубине улья, в то время как рабочие пчелы не способны иметь потомство, постоянно вылетают из улья для сбора пропитания и передают информацию о его местонахождении с помощью «танца» — особых фигур, которые они выписывают в воздухе во время полета.
Это мы еще о разнице в продолжительности жизни не говорили: матка живет в среднем три года, а бедные рабочие пчелки едва доживают до трех месяцев. И ничто из этого не обусловлено генетикой.
В таком случае, может, наша подруга эпигенетика причастна к этим различиям? Результаты экспериментов решительно утверждают, что действительно так и есть. Пчела становится маткой, поскольку на стадии личинки в качестве питания она получала маточное молочко, в то время как будущие рабочие пчелы питались нектаром или пыльцой. Видимо, именно такое специальное питание, маточное молочко, вызывает гормональные изменения, которые придают личинкам внешний вид и способность выполнять функции ее величества. На данный момент, благодаря результатам исследований, нам известно, что некоторые компоненты этого загадочного пойла имеют структуры, похожие на некоторые эпигенетические лекарства, влияющие на гистоны. На всякий случай напоминаем, что метилирование ДНК присуще не только людям и грызунам, но в той или иной форме многим другим живым существам. И в данном случае у наших подруг-пчел была выявлена как эта модификация, так и идентичность белков, ответственных за ее регуляцию, — ДНК-метилтрансфераз, или DNMT.
Речь идет, конечно, о весьма любопытных и могущественных ферментах, играя с которыми мы можем даже спровоцировать небольшие революции и социальные перевороты: доказано, что если мы снижаем активность одной конкретной DNMT, называемой DNMT3, мы можем превратить рабочую пчелу в королеву-матку. Вот так выигрыш в лотерею для счастливицы!
Кроме того, ученые занимаются исследованиями, призванными доказать, что эпигеномы пчелиных маток и рабочих пчел различны, поскольку, например, существуют различия в метилировании генов, связанных с гормональной реакцией.
С другой стороны, то, что мы только что рассмотрели на примере пчел, можно перенести на других насекомых, которые также имеют структурированное общество, например на муравьев или термитов, которые в пределах колонии имеют максимальную генетическую схожесть, но при этом распределяются по кастам.
ДНК-метилтранферазы, или DNMT и DNMT de novo, — ферменты, ответственные за метилирование ДНК. Среди них семейство DNMT1 (которые осуществляют поддерживающее метилирование после репликации ДНК), DNMT3a и DNMT3b (которые отвечают за метилирование ДНК de novo, то есть на участках, где ДНК метилирована не была).
Репликация — процесс, в ходе которого генетический материал клетки удваивается перед клеточным делением. Таким образом, после деления клетки обе дочерние клетки будут иметь то же генетическое содержимое, что и первоначальная клетка.
Вывод: если ты термит, пчела или муравей, то судьба стать королевой, воином или рабочим тесно связана с твоей эпигенетикой: все зависит от того, какой именно из твоих генов метилирован, а какой нет.
Метилирование ДНК жизненно необходимо
Ранее мы уже несколько раз упомянули о важных аспектах метилирования ДНК (о котором, кстати, вы можете узнать еще больше, если заглянете в «Базовое пособие»). Однако важно напомнить, что хотя оно присуще различным живым существам — от людей до пчел, у других оно практически отсутствует, например у назойливой мухи или у крошечных червей.
Как так происходит, что у некоторых животных метилирование ДНК отсутствует, а у целых инфраклассов, например у сумчатых, выполняет важнейшие функции во время их особенного вынашивания плода?
А у людей что?
Что касается нас, правильное метилирование ДНК жизненно важно для существования нашего рода. В основном потому, что оно необходимо для того, чтобы различные клетки, из которых состоит организм, имели назначение и конкретную функцию, так как именно оно определяет, какие гены должны быть активными, а какие — выключенными в каждый отдельно взятый момент развития организма. Как мы уже убедились, изменение стандартного хода метилирования ДНК может стать причиной появления различных заболеваний.
Что касается социальных навыков, возможно, метилирование ДНК также влияет и на наши коммуникативные и профессиональные навыки, хотя научных доказательств этого пока нет. Но если это так, если бы мы были особенным видом муравьев, роль которых в обществе определяется на основе метилирования, можете не сомневаться, что эпигенетические таблетки для подъема по социальной лестнице были бы наиболее востребованными в аптеке каждого района.
А сейчас повторим
Магия маточного молочка! Что же такого содержится в маточном молочке, что оно способно производить эпигенетические изменения в пчелах, превращая одних в маток, а других в рабочих? Влияет ли маточное молочко на гистоны?
Похоже, метилирование ДНК играет ключевую роль в превращении личинки в королеву или в рабочую пчелу. Однако метилирование ДНК, возможно, не единственный важный эпигенетический механизм в этом процессе.
Недавно было доказано, что маточное молочко содержит вещество, действующее как ингибитор одного из семейств гистонов (ингибитор гистондеацетилазы).
И не только это: среди веществ, представленных в маточном молочке, мы также найдем микроРНК, те самые маленькие РНК, которые так важны во время регуляции экспрессии многих генов. В конечном счете, видимо, существует много эпигенетических механизмов, которые определяют кастовую принадлежность пчелы.
Где именно происходят эти эпигенетические изменения у пчел?
Недавно было выявлено, что в мозге пчелиных маток и пчел-рабочих происходят разные процессы метилирования ДНК, что могло бы объяснить разницу в их поведении. Похоже, в этом случае метилирование ДНК связано не с тем фактом, что гены выключаются, а с так называемым альтернативным сплайсингом (экспрессия генов происходит тем или иным образом с разными наборами информации).
Сплайсинг также называют альтернативным сплайсингом. Как только матричная РНК формируется в процессе транскрипции ДНК, эта мРНК может подвергнуться модификациям, в процессе которых удаляются некоторые ее последовательности. Это влияет на информацию, которую содержит РНК, а значит, и на белок, который производится на основе этой РНК. Благодаря сплайсингу становится возможным то, что на основе одного и того же гена (одной и той же информации) могут быть сгенерированы разные мРНК, а следовательно, разные белки (так называемые изоформы).
Транскрипция (синтез РНК) — процесс, с помощью которого клетка копирует последовательность ДНК на молекулу РНК, называемую матричной РНК (мРНК). Она происходит в ядре клетки.
