Мария Кондратова - Сигнальные пути

Зигота – клетка, образующаяся после слияния сперматозоида и яйцеклетки, способна «проиграть» все возможные для данного организма генетические сценарии, однако в ходе роста и развития клетки постепенно утрачивают эту способность, и в конце концов в каждой зрелой и специализированной клеточной линии (нервной, мышечной, печеночной) реализуется лишь один из всех возможных сценариев. Такие клетки называются «унипотентными» в отличие от своих разносторонних «полипотентных» предшественников, впрочем, и в зрелом организме остается некоторое количество «незрелых» тканей, способных к различным перевоплощениям – ты наверняка слышал о стволовых клетках, именно они отвечают за восстановление и обновление. Так в биологических системах достигается тот эффективный баланс между догматизмом и плюрализмом, который порою трудно бывает найти системам социальным… Однако основной тенденцией биологического развития остается все-таки узкая специализация или, как ее еще называют ученые, дифференциация.

Чтобы описать превращение всеобъемлющей зиготы в специализированные клеточные типы, английский биолог Конрад Уоддингтон еще в 1942 году предложил метафору – «эпигенетический ландшафт».

Представь себе шарик, который находится на вершине горы и начинает катиться вниз. Изначально он может оказаться в любой точке подножия, но чем дальше, тем больше сокращается число возможных траекторий и в конце концов остается единственный возможный путь. Выбор траектории клеточной дифференциации направляется теми самыми сигнальными молекулами ближайшего окружения, о которых я писала тебе раньше. Окружающая среда формирует клетку, так же как и человека. Марксизм определяет личность, как точку пересечения общественных отношений, современная психология – как точку пересечения отношений социальных. На молекулярном уровне все эти определения справедливы и для клетки.

Одна из самых интригующих черт биологического развития – его однонаправленность. Историй, подобных истории Бенджамина Баттона, который рождается стариком и постепенно превращается в младенца, в реальности не наблюдается. Мы настолько привыкли к данному обстоятельству, что редко задаемся вопросом – а почему, собственно, все происходит именно так? Гора и шарик – прекрасная метафора, но она оставляет открытым вопрос о том, какая именно сила или силы в клеточном мире явлются аналогом всемирного тяготения? Почему нормальная мышечная клетка не способна «откатиться» назад и превратиться, в клетку печени или кожи? Догадка Уоддингтона об эпигенетическом ландшафте, накладывающем ограничение на практически безграничное «самовыражение» генома, представляется тем более впечатляющей, что в момент, когда он ее сформулировал, ничего еще толком не было известно о молекулярной природе генетической информации, не говоря уже о более тонких механизмах, регулирующих ее реализацию. Сегодня мы знаем об этом больше.

Знаем, что в каждой клетке существует система эпигенетической (привет Уоддингтону!) регуляции, определяющая, какие именно гены будут в ней активны. Если говорить о геноме как о тексте, то здесь будет уместна аналогия не с бумажной книгой, а с электронным документом. Генетический «текст», состоящий из молекул ДНК, во всех клетках организма один и тот же, а вот «эпигенетическая разметка» разная, и в результате каждая клетка может «прочитать» и реализовать лишь часть этой информции. Специальные молекулярные метки на самой ДНК и на белках гистонах, наматываясь на которые она упаковывается в компактные структуры, определяют, какие из генов будут активны, а какие – нет. Эта «разметка» меняется в ходе развития клетки, суммируя накопленный ею опыт. Естественная среда любой клетки поддерживает статус кво, но, взяв мышечную клетку и поместив ее в среду с сигнальными молекулами для активации печеночных генов, превратить ее в клетку печени не получится. Да, физически эти гены присутствуют в обоих клетках, но в мышечных клетках они уже закрыты от считывания «эпигенетическими паролями» и эту защиту не так-то просто снять.

Так, люди, эмигрировавшие в зрелом возрасте в другую страну, до конца жизни сохраняют прежние язык, культуру и национальный менталитет, в то время как подростки стремительно ассимилируются в новом окружении. Так, детям бывает противно то, что родителям свято… «Эпигенетические метки» личности, опыт, запечатленный в миллионах нервных связей, пристрастия, вкусы, предрассудки не так-то просто изменить, даже имея на то желание и волю. Казалось, уже совсем заделался безродным космополитом, а почуешь запах соленого огурца или услышишь дурацкую песенку из детства, и сердце начинает колотиться с бессмысленным и сильным волнением.