История эпигенетики: 59-68 симпозиумы Колд Спринг Харбор
Темой 59-го симпозиума была "Молекулярная генетика рака". Концепция эпигенетической регуляции в онкогенезе начала развиваться после того, как утвердилась идея генов-супрессоров опухолей. Была опубликована пара исследований в пользу таких представлений, но интересный поворот в этой истории возник в исследованиях пациентов с синдромом Бэквита-Видеманна и опухолями Уилмса . Мутации у пациентов обоих типов были картированы в локусе, включавшем импринтированные гены H19-IGF2. Фейнберг с соавторами ( Feinberg et al., 1994 ) открыл у таких больных "утрату импринтинга" ( LOI - loss of imprinting) для этих генов - материнский локус утрачивал свой импринт, Н19 был репрессирован, a IGF2 - экспрессирован. Таким образом, LOI, которая в принципе могла бы происходить в других местах генома, могла вызывать либо биаллельную экспрессию, либо исчезновение генов, критичных для онкогенеза, либо и то, и другое.
Через пару лет на пути к 63-му симпозиуму на тему "Механизмы транскрипции" произошли важные события, которые впоследствии повлияют на понимание молекулярных механизмов нескольких эпигенетических феноменов. Были идентифицированы ферменты, модифицирующие гистоны, а именно, ацетилазы и деацетилазы гистонов. Некоторые из этих энзимов играли критическую роль в регулировании экспрессии генов и позволили подойти к генным продуктам, непосредственно влияющим на PEV и сайленсинг . На симпозиуме была представлена верхушка этого айсберга ( Losick, 1998 ). Молекулярное "расчленение" сайленсирующих белков Sir3 и Sir4 у дрожжей выявило поливалентную природу их взаимодействий и показало, каким образом сеть взаимодействий между всеми белками Sir , гистонами и разнообразными факторами, связывающимися с ДНК, формирует "молчащий" хроматин. Кроме того, были показаны молекулярные детали того, как разнообразные локусы (теломеры, рДНК, локусы НМ и двунитевые разрывы) могут конкурировать за ограниченные ресурсы белков Sir. При нарушении способности специфического локуса рекрутировать факторы сайленсинга уровни содержания белков Sir в других локусах повышались ( Cockell et al., 1998 ). Это прямо доказывало, что работает принцип действия масс и что сайленсинг в одном локусе может влиять на эпигенетический сайленсинг в других локусах (идея, первоначально выдвинутая в исследованиях PEV у Drosophila, но все еще не проверенная) ( Locke et al., 1988 ). Еще одно открытие позволило объяснить, каким образом метилирование ДНК может регулировать экспрессию генов через хроматин. Были идентифицированы белковые комплексы, состоящие из МеСР2, которые связываются и с метилированной ДНК, и с деацетилазой гистонов ( Wade et al., 1998 ). Метилированная ДНК могла служить точкой рекрутирования деацетилаз к локусу и таким образом облегчать сайленсинг близлежащих генов.
Концепция граничных элементов была распространена с Drosophila на млекопитающих (четкие данные были получены на локусе бета-глобина, показывая таким образом, что границы хроматина, вероятно, действительно консервативны у многоклеточных и, возможно, у всех эукариот ( Bell et al., 1998 ).
На 64-м симпозиуме, темой которого был "Сигналинг и экспрессия в иммунной системе", были приведены данные о том, как возникает моноаллельная экспрессия, и о том, что она может быть распространена более широко, чем думали раньше. Моноаллельная экспрессия в локусах иммуноглобулинов на протяжении некоторого времени была очевидна для лимфоцитов - она гарантировала продукцию единственного типа рецепторов в каждой лимфоидной клетке ( Mostoslavsky et al., 1999 ). Аллель, которая будет экспрессироваться, выбирается на ранних стадиях развития, очевидно, случайным образом: обе аллели вначале находятся в репрессированном состоянии, но через некоторое время одна из них деметилируется. Было неясно, как происходит выбор одной из аллелей, но это явление обнаруживается и в других локусах, где необходимость моноаллелизма была не столь очевидна. Например, экспрессируется только одна аллель генов, кодирующих цитокины IL-2 и IL-4 ( Pannetier et al., 1999 ).
Наиболее значительное сообщение на 65-м симпозиуме, имеющее отношение к эпигенетике, касалось открытия того, что белок Sir2 является деацетилазой гистонов ( Imai et al., 2000 ). Это был единственный белок Sir, у которого были очевидные гомологи у всех других эукариот и который регулировал PEV . Создавалось впечатление, что этот фермент в основном отвечает за удаление ацетильных компонентов гистонов в "молчащем" хроматине. Кроме того, поскольку это был фермент, зависимый от NAD , он связывал регуляцию сайленсинга (гетерохроматина) с клеточной физиологией.
68-й симпозиум на тему "Геном Homo sapiens" явился важной вехой в генетике, и хотя все еще остается проделать большую генетическую работу, полное секвенирование этого и других геномов означало, что пришло время переходить на "надгенетический" уровень - в буквальном значении слова "эпигенетика".
Этот исторический отчет высвечивает несколько тем, общих со многими другими областями исследования. Во-первых, он демонстрирует эпизодическую природу достижений в эпигенетике. Во-вторых, по мере постижения молекулярных механизмов, лежащих в основе эпигенетических явлений, стало легче связывать эпигенетику с биологической регуляцией в целом. В-третьих, он показал, что исследователи, которых мы в настоящее время считаем корифеями науки, установили эти связи очень рано - потребовалось лишь некоторое время, чтобы большинство остальных увидели очевидное.
