Защо някои наследствени черти зависят от възрастта на родителите • Александър Марков •
Геномният импринтинг е широко разпространено явление при бозайниците, което се състои в това, че някои гени в зародишните клетки на родителите са „маркирани“ по специален начин (например чрез метилиране на цитозинови бази). „Маркираният“ ген в потомството просто не работи. Някои гени са изключени в спермата, други в яйцеклетките. В резултат на това някои от признаците се наследяват от потомството само от майката (ако съответните гени са деактивирани в сперматозоидите), някои - само от бащата (ако генът е деактивиран в яйцето). В зародишните клетки на потомството старите белези се отстраняват и се заменят с нови. В резултат на това внуците могат да показват признаци на дядо или баба, които не са били изразени от техните родители. Отпечатването е пример за така нареченото "епигенетично" или надгенетично наследство, тоест наследствени свойства, които не са свързани с промяна в основната структура на гените - нуклеотидната последователност в ДНК молекулите.
Защо е необходим геномен импринтинг, защо се появи? Има две хипотези, които обясняват това. Първият - общоприет - е, че импринтингът се е развил в резултат на разликата в интересите на половете. При бозайниците се развива донякъде антагонистична връзка между женската и нейното малко по време на вътреутробното развитие. Казано по-просто, ембрионът се опитва да изсмуче повече сокове от майката, а майката се опитва да запази сила и здраве, за да може в бъдеще да роди други малки. Мъжкият в този конфликт обикновено е на страната на малкото. Все още не се знае от кого женската ще роди други деца, но това е нейното. Следователно мъжете изключват тези гени в сперматозоидите си, които помагат за защита на майката от прекомерни претенции на ембриона, а майките, напротив, изключватв техните яйца тези гени, които могат да засилят тези твърдения. Всъщност повечето от гените на бозайниците, които се подлагат на родителски импринтинг, по един или друг начин са свързани с вътрематочното развитие, структурата на плацентата и т.н.
Алтернативна хипотеза, по-симпатична от етична гледна точка, беше представена съвсем наскоро (Jason B. Wolf, Reinmar Hager. A Maternal-Offspring Coadaptation Theory for the Evolution of Genomic Imprinting // PLoS Biology, 2006. 4(12): e380. DOI: 10.1371/journal.pbio.0040380). Според тази хипотеза основната цел на геномния импринтинг е да се постигне по-добра съвместимост между майката и плода, тоест на първо място се поставят не антагонистичните отношения между майка и ембрион, а кооперативните. Ако част от бащините гени бъдат изключени, тогава само майчините копия на тези гени ще работят в ембриона и по този начин ембрионът ще бъде по-сходен с майката по своите физиологични и биохимични свойства и ще бъде по-лесно за тях да се адаптират един към друг. Тази хипотеза предполага, че повече бащини гени трябва да бъдат изключени по време на родителския импринтинг, отколкото майчините гени, и доказателствата подкрепят това.
Хипотезата на А. И. Кутмин се състои от три разпоредби.
1) В геномите на бозайниците има супресорни гени (т.е. гени, които потискат активността на други гени), в регулаторните области на които има няколко идентични копия на всякакви регулаторни елементи, например енхансери, т.е. места на прикрепване за регулаторни протеини, които активират този ген.
2) В предшествениците на зародишните клетки на единия от родителите (бащата или майката), тези повтарящи се регулаторни региони са отпечатани. Колкото повече такива области са „маркирани“, толкова по-слабо работи супресорният ген и толкова по-силно ще се експресира в потомството.чертата, която е потисната от този супресорен ген.
3) Отпечатването не се извършва произволно, а в строго определена последователност с остаряването на родителя. Първоначално в клетките, които са предшественици на гамети, в едно от двете копия на гена (алел 1) всички копия на регулаторната област са блокирани, а в другото копие (алел 2) всички те са „отворени“, активни. С течение на времето ситуацията се променя. Част от копията на алел 1 се активират, докато точно същият брой копия на алел 2 се блокират. До края на живота се оказва, че всички копия на регулатора в алел 2 са блокирани, докато в алел 1 всички копия са отворени (фиг. 1).
По този начин свойствата на зародишните клетки (гамети) ще се променят в зависимост от възрастта на родителя (да речем бащата). Много млади и много стари бащи ще произвеждат различни гамети: в половината от сперматозоидите този супресорен ген ще бъде напълно активиран, в другата половина ще бъде напълно потиснат. В майката този ген не е импринтиран, така че във всички нейни яйца този ген ще бъде напълно активиран. Следователно потомството ще бъде разнообразно: половината от потомството ще получи две активирани копия на гена, другата половина ще получи едно активирано и едно блокирано копие.
Ако бащата е на средна възраст, тогава във всичките му сперматозоиди този ген ще бъде наполовина активиран, наполовина потиснат. В този случай цялото потомство ще получи от майката - активиран ген, от бащата - наполовина активиран. Следователно разсейването на чертите в потомството трябва да бъде по-малко. Следователно децата на много млади и много възрастни родители трябва да показват екстремни стойности на чертите и да бъдат разнообразни, децата на родители на средна възраст трябва да показват средни стойности на чертите и да бъдат по-еднакви.
Разбира се, хипотезата на А. И. Кутмин е много интересна. Ноколко е вярно За да се отговори на този въпрос са необходими факти, но засега според мен не е много добре с фактите.
Първият пример е, че в извадка от 19 жени има положителна корелация между възрастта на бащите на тези жени и стойността на специален признак - хематокрит (обемен процент на утайка от цяла кръв). Авторът приема, че супресорният ген с „регулатора на копирането“, от който зависи хематокритът, се намира на половите хромозоми X и Y, „отпечатващият“ родител е бащата, а при младите бащи всички копия на „регулатора на копирането“ на Y хромозомата са отпечатани в предшествениците на гаметите и всички копия са активни на X хромозомата. Следователно, ако хипотезата е вярна, хематокритът при жените трябва да нараства, при мъжете трябва да намалява с възрастта на бащата. При жените, както показва този пример, хематокритът се увеличава с възрастта на бащата, въпреки че това увеличение не е много ясно (коефициент на корелация 0,55). Данни за мъжете обаче не са предоставени. От текста може да се разбере, че при мъжете, особено при младите мъже, този знак зависи и от собствената им възраст, което затруднява изучаването му.
Като цяло хипотезата на А. И. Кутмин може да се характеризира като много интересна, но все още не достатъчно обоснована.
Уважаеми Алексей Иванович,
По съществото на въпроса мога да се съглася с рецензента: Вашата хипотеза за „плаващ импринтинг“ беше и си остава хипотеза. Може да изглежда интересно, но истинското му оправдание, както и преди много години, е на нивото на полуфилософски разсъждения. Не са намерени многокопийни регулаторни гени, въпреки че геномът е секвениран и вероятно повечето от гените са идентифицирани и картографирани. Достатъчно е да погледнете отговора си на рецензента, за да разберете, че няма да стигнете доникъде във вашата хипотеза.напреднал. Все същите общи разсъждения. Също така е важно да запомните, че първо сте получили резултата (данни за хематокрита) и след това сте коригирали хипотезата към него. Лично аз не съм против всякакви смели хипотези, но ако те не намират доказателства, няма смисъл да се затрупва околната среда с тях.
Относно коефициента на корелация. Коефициентът на Пиърсън, изчислихте го без да проверите нормалността на разпределението, което е неправилно, особено при такава микроскопична проба. Гледайки графиките, които предоставяте, можете да видите кръстове и други фигури. Виждаш това, което искаш да видиш. Това е целият фокус.
Уважаеми Алексей Иванович,
Отворете всеки брой на Nature Genetics, Genomics, Science, Genome Research и др. и се уверете, че геномът е изследван доста успешно и без вашите зашеметяващи идеи, които не можете ясно да обосновете повече от 10 години. На раздяла, реципрочен приятелски съвет: направете нещо, което разбирате, и ако изобщо не ви сърби, разберете какво правите. Например, първо научете нормалната генетична азбука, преди да нарисувате алтернативната.
Забележка 4. Трудно е да се предположи, че женските полевки определят епигенетичната възраст на мъжките по миризма. Отговор. Не са необходими допълнителни изследвания, за да се предположи това. Достатъчно е просто да попитате жените дали могат да различат по миризмата старо тяло от младо. Но при мишките способността за разграничаване на миризми е с няколко порядъка по-висока!