Роль метилирования ДНК в эпигенетической передаче информации
Значительная часть работ по эпигенетике в последние годы была сосредоточена на системах, в которых не происходило никаких перестроек ДНК, и, следовательно, акцент делался на модификациях оснований и на белках, образующих комплексы с ДНК в ядре.
Инактивация Х-хромосомы явилась одной из первых моделей эпигенетического механизма этого рода ( Ohno et al., 1959 ; Lyon, 1961 ); в соматических клетках "молчащая" Х-хромосома явно выбиралась случайным образом, и не было никаких данных об изменениях в самой нуклеотидной последовательности ДНК. Отчасти для объяснения этого типа инактивации Риггс ( Riggs, 1975 ) и Холлидей и Пью ( Holliday and Pugh, 1975 ) предположили, что в качестве эпигенетической метки могло бы выступать метилирование ДНК . Ключевыми моментами этой модели были представления о том, что сайты метилирования являются палиндромными и что за метилирование немодифицированной ДНК и ДНК, уже метилированной по одной нити, отвечают разные ферменты. Постулировали, что первое событие метилирования происходит значительно труднее, чем второе; однако, коль скоро первая нить модифицирована, комплементарная нить будет быстро модифицирована в том же палиндромном сайте. Метильная метка, имевшаяся на родительской нити, после репликации могла бы копироваться на дочернюю нить, и в результате происходила бы надежная передача метилированного состояния следующему поколению. Вскоре после этого Берд воспользовался тем, что главной мишенью метилирования у животных является последовательность CpG ( Doskocil and Sorm, 1962 ), для того чтобы предложить использовать чувствительные к метилированию ферменты рестрикции как способ выявления метилированного состояния. Последующие исследования ( Bird, 1978 ; Bird and Southern, 1978 ) показали затем, что эндогенные сайты CpG были либо полностью неметилированы, либо полностью метилированы. Предсказания, сделанные на основе этой модели, были, таким образом, подтверждены; тем самым был установлен механизм эпигенетической передачи метильной метки посредством полуконсервативного воспроизведения картины метилирования.
В годы, последовавшие за этими открытиями, огромное внимание было уделено эндогенным паттернам метилирования ДНК, возможной передаче этих паттернов через зародышевый путь , роли метилирования ДНК в сайленсинге генной экспрессии, возможным механизмам инициации или ингибирования метилирования в полностью неметилированном сайте и идентификации энзимов, ответственных за метилирование de novo и за поддержание метилирования на уже метилированных сайтах. Хотя значительный объем метилирования ДНК, наблюдаемый у позвоночных, связан с повторяющимися и ретровирусными последовательностями и может служить для поддержания этих последовательностей в перманентно "молчащем" состоянии, не может быть никаких сомнений в том, что во многих случаях эта модификация обеспечивает основу для эпигенетической передачи состояния генной активности. Наиболее четко это продемонстрировано на таких импринтированных локусах ( Cattanach and Kirk, 1985 ), как локус Igf2/H19 мыши или человека, где одна аллель маркирована метилированием ДНК, которое в свою очередь контролирует экспрессию с обоих генов ( Bell and Felsenfeld, 2000 ; Hark et al., 2000 ). В то же самое время было ясно, что это не может быть единственным механизмом для эпигенетической передачи информации. Например, эффект положения мозаичного типа наблюдали за много лет до этого у Drosophila - организма, который обладает крайне низким уровнем метилирования ДНК. Более того, в последующие годы генетики, работавшие с Drosophila, идентифицировали группы генов Polycomb и Trithorax , которые, по-видимому, участвуют в постоянном "запирании" ("locking in") состояния активности кластеров генов в ходе развития (либо "выключеного", либо "включенного", соответственно). Тот факт, что эти состояния стабильно передавались в ходе клеточного деления, позволял предполагать, что в основе этого лежит эпигенетический механизм.
