“Всё в нашей жизни гораздо сложнее, нежели представляется. И люди, работающие в науке, убеждаются в этом в первую очередь, — с такого, можно сказать, философского вступления начал свой рассказ один из докладчиков научной сессии член-корреспондент РАН Всеволод КИСЕЛЕВ. Всеволод Иванович вместе с главным ученым секретарем РАН академиком Михаилом Пальцевым подготовил сообщение об исследованиях в области регуляции активности генов и создании на этой основе новых лекарств. Вполне возможно, что те, кто не следит за последними событиями в области генетики, выслушав этот доклад, скорректируют свои взгляды на данную область знания.
— До недавнего времени мы жили в представлениях классической генетики, — рассказывает В.Киселев. — Они подра-зумевают, что каждый из нас наследует генетическую программу от матери и отца. В ней есть какие-то свои генетические обременения, накапливаются мутации. В итоге возникает потомство, которое несет геном от двух родителей, и вся жизнь потомков определяется тем багажом наследственности, который их геном приобрел. Мы знаем, что есть наследственные болезни, владеем информацией, какие из них передаются по женской или мужской линии. И до недавних пор считалось, что за этим всегда стоит нарушение какого-то гена. Известный пример — более высокая чувствительность северных народностей к алкоголю из-за плохого его усвоения. У жителей Севера в результате мутации слабо работает ген, отвечающий за необходимый для этого фермент.
Одно из самых распространенных наследственных заболеваний связано с мутацией в гене BRCA — супрессоре опухолевого роста клеток. Этот ген подавляет развитие рака в молочной железе и яичниках. В мутантном виде он довольно широко распространен, и примерно 5% всех случаев рака молочной железы — это наследственный, или так называемый семейный, рак, потому что девочка унаследовала по женской линии мутантный ген. В норме белок BRCA подавляет способность клеток превращаться в раковые. Если продукция BRCA нарушена, то эта защитная функция утрачена и клетки, стремящиеся к опухолевой трансформации, могут очень легко стать раковыми.
Кстати, в США все женщины обследуются в рамках специальной скрининговой программы. Если у пациентки находят мутацию гена BRCA, ей предлагают для профилактики болезни удалить молочные железы. Анджелина Джоли — классический пример, у нее наследственная мутация BRCA. У нас такой программы, увы, нет. Хотя о ее необходимости много говорят.
Но самое интересное то, что при обследовании женщин с раком молочной железы выяснилось, что примерно в 40% случаев ген BRCA структурно идеален! Однако при этом он молчит!
Осуществленная недавно программа “Геном человека” продемонстрировала, что в генетике все не так просто, как казалось раньше. Да, безусловно, есть структурные гены, и концепция “один ген — один белок” как базовая — справедлива. Но при этом выяснилось, например, что геном перенасыщен разными последовательностями ДНК, на первый взгляд бессмысленными, балластными. Однако эти ДНК-последовательности играют колоссальную роль в регуляции экспрессии функционально важных генов. Оказалось, что генетическая программа, по которой мы живем, предопределена не только наследственными факторами, полученными от родителей, но и новыми генетическими приобретениями. Начиная со стадии морфогенеза у эмбриона и далее на протяжении всей жизни организма постоянно меняется спектр генной экспрессии.
Представьте себе активно работающий ген, который выполняет важную функцию. Мы думали, что выключать его может лишь необратимая мутация. Известно, что структура гена может необратимо нарушиться под влиянием радиации, токсических химических веществ, и из-за этого он выключается из системной работы. Но оказалось, что ген может “замолчать” также в результате действия так называемых эпигенетических механизмов, которые отличаются от процессов, происходящих при мутации. Сегодня известно как минимум три механизма, с помощью которых ген, сохраняя структуру и оставаясь боевой единицей, функционально умолкает.
Безусловно, не все гены и не во всех клетках, но отдельные гены в некоторых клетках под влиянием самых разных условий могут подвергнуться глубокому перепрограммированию. Я расскажу о двух ключевых эпигенетических механизмах, которые наиболее интересны с точки зрения перспектив лекарственного вмешательства в их регуляцию.
Каждая клетка насыщена ферментами, которые осуществляют регуляцию ее повседневной деятельности. Но определенные факторы могут вызвать возмущение ферментативных систем, заставляя их наносить ущерб геному и клетке. Стимуляторами, или триггерами, этого являются внешние причины: табакокурение, длительный стресс, плохая экология, биологическое старение организма. Если такое воздействие длится некоторое продолжительное время, то оно влияет на геном, и эти изменения закрепляются.
Остановимся на двух ферментах, которые играют важную роль в выключении генов: гистондеацетилазе и ДНК-метилтрансферазе. Первый механизм вредительского воздействия на гены таков. Известно, что ген упакован в гистон — белковую оболочку определенной конфигурации, которая обеспечивает его функционирование. Если гистондеацетилаза эту оболочку обработала, то конфигурация последней меняется — она становится более плотной. При этом дальнейшая транскрипция блокируется и нормальный ген перестает работать. Хотя потенциально он по-прежнему функционален.
Второй механизм связан с другим ферментом — ДНК-метилтрансферазой, которая также возбуждается при воздействии различных вредных факторов и начинает внедрять в ген метильные группы, тем самым модифицируя его и создавая механические препятствия к его дальнейшей работе — возможности образовать РНК-транскрипт.
Эти процессы мы называем эпигенетическими модификациями, или “эпимутациями”.
Впервые о метилировании генома, то есть о том, что ДНК млекопитающих содержит метильные группы, написал член-корреспондент РАН Борис Ванюшин. Было известно, что цепочка ДНК состоит из четырех нуклеотидов: аденина, гуанина, тимина и цитозина. Ученые задумались, а что в молекуле ДНК делают метильные группы, которые химики обнаружили там лет 40 назад. И до недавнего времени так и оставалось неясным, в чем тут суть. А оказалось, что это уникальный дополнительный механизм регуляции генов.
Очень важно, что в отличие от обычных генетических мутаций эпигенетические модификации не затрагивают структуру ДНК и являются потенциально обратимыми. То есть они могут регулироваться факторами внутренней и внешней среды: особенностями питания, стрессами, лекарственной терапией и даже психоэмоциональными стимулами.
Доказано, что эпигенетические изменения при определенных условиях способны не только сохраняться при последовательных митотических делениях клетки, но и передаваться трем-четырем следующим поколениям. Хотя об этом шли долгие споры сторонников и противников эпигенетики. Последние считали этот подход возвратом к идеям ламаркизма с его “наследованием благоприобретенных признаков”.
Итак, и первый и второй эпигенетические механизмы обратимы. А это означает, что если воздействовать на клетки ингибиторами ферментов гистондеацетилазы и ДНК-метилтрансферазы, то есть подавить их активность, то в потомстве клеток, подвергнутых такому воздействию, ген может восстановить свои функции!
Причем потомство этих клеток после нескольких делений может избавиться от нездорового багажа, потому что оно родилось в условиях, когда две возбужденные ферментативные системы, которые перепрограммируют геном, находятся в подавленном состоянии в результате действия ингибиторного лекарственного препарата. Таким образом, вы возвращаете клетке исходную здоровую генетическую программу.
Еще раз подчеркнем, что мы видим принципиальное отличие эпигенетической модели от так называемой классической структурной генетики, полагающей, что если ген поврежден, то это необратимо. Там выход один — менять ген на здоровую копию. Кстати, сегодня подходы генотерапевтического лечения становятся реальностью, и эта область знаний активно развивается.
Но с эпигенетическими изменениям дело обстоит намного проще, так как они более пластично влияют на геном и поэтому обратимы. И есть возможность — через лекарственные средства — вернуть клетке здоровую программу.
Около 10 лет назад мы в сотрудничестве с компанией “МираксБиоФарма” начали работать с природными веществами, в частности индольными соединениями и катехинами растительного происхождения, с очень широким спектром терапевтического действия. Со временем стало понятно, что эти вещества обладают способностью подавлять гистондеацетилазу и ДНК-метилтрансферазу.
В ближайшем номере журнала “Акушерство и гинекология” будет опубликована статья, где мы вместе с директором Научного центра акушерства, гинекологии и перинатологии им. академика В.И.Кулакова академиком Геннадием Тихоновичем Сухих и профессором из Казани Ларисой Ивановной Мальцевой пишем об обнаружении очень важного, волнующего всех женщин факта. Те из них, кто страдает эндометритом (воспалительным заболеванием эндометрия), жалуются на бесплодие. Все попытки таких пациенток забеременеть, даже в тех случаях, когда они обращаются в специализированные клиники, где им подсаживают оплодотворенную яйцеклетку, оказываются тщетными.
Эндометрий (внутренняя оболочка тела матки) обладает очень важным свойством — рецептивностью. То есть эндометрий должен узнать и закрепить оплодотворенную яйцеклетку, чтобы начался рост эмбриона. Оказалось, что эта функция у заболевших женщин нарушена. За ее формирование в данном случае отвечают два гена — HOXА10 и HOX11. Когда мы взяли образцы эндометрия у пациенток, страдающих бесплодием, то выяснилось, что почти во всех случаях эти гены были метилированы, то есть они функционально молчали.
Надо сказать, что в США к настоящему времени уже зарегистрированы два препарата эпигенетического характера, которые ингибируют процессы метилирования генов. Их эффективность доказана при некоторых раках крови. Третий эпи-препарат — Индинол® Форто — зарегистрирован в России и уже вышел на фармацевтический рынок. Это лекарственное средство, которое одновременно подавляет ДНК-метилтрансферазу и влияет на гистондеацетилазу. Спектр его действия очень широк, хотя в инструкции есть рекомендации только для лечения заболеваний молочной железы. Это был наш сознательный выбор, так как рост заболеваемости раком молочной железы приобретает катастрофический характер.
Так вот мы решили попробовать, воздействует ли он на клетки эндометрия. Индинол® Форто был назначен 25 женщинам, и четыре из них после курса его приема успешно забеременели!
Хотя с точки зрения доказательной медицины делать окончательные выводы о том, что улучшение произошло вследствие конкретного воздействия, пока рано, повторюсь, косвенные данные это подтверждают. Мало того, мы наблюдали восстановление генов-супрессоров и при таких патологиях, как гиперплазия эндометрия и аденомиоз. Впереди — углубленные клинические исследования, которые, как я надеюсь, помогут в лечении тяжелых, социально значимых заболеваний.
Если вернуться к фундаментальным истинам, то можно уверенно говорить, что классическая геноцентрическая концепция сегодня радикально пересмотрена. Молодая научная дисциплина эпигенетика, допускающая возможность обратного направления потока информации от функции, находящейся под воздействием различных внешних и внутренних факторов, к гену, будет одной из самых изучаемых и перспективных в биологии. По значимости совершаемых в этой области открытий и масштабу разворачивающихся при этом перспектив как в фундаментальной науке, так и в практической медицине эпигенетика уже ставится в один ряд с такими эпохальными научными достижениями, как теория эволюции Дарвина, открытия Менделя и установление структуры ДНК.
Подготовил Леонид АНДРЕЕВ
Фото из архива В.Киселева
Нет комментариев