Эпигенетика: как образ жизни влияет на наследственность

«Во всем виноваты гены» — эту фразу мы слышим постоянно. Но что, если генетический код — не приговор, а всего лишь текст, который можно прочитать по-разному? Именно этим и занимается молодая наука эпигенетика, которая сегодня совершает настоящую революцию в нашем представлении о профилактике болезней и здоровой жизни.

Само слово «эпигенетика» происходит от греческой приставки «эпи-», что означает «над». Эпигенетика изучает изменения активности генов, которые не затрагивают структуру самой ДНК. Гены — своего рода текст, состоящий из четырех «букв» (аденин (А), гуанин (Г), тимин (Т) и цитозин (Ц)) в разных комбинациях. Эпигенетические механизмы позволяют по-разному прочитывать этот текст, включая или выключая те или иные гены. И самое удивительное — способность эпигенетических механизмов модифицировать экспрессию генов на протяжении всей жизни. В ряде случаев эти механизмы способны компенсировать неблагоприятные мутации, ограничивая их фенотипическое проявление.

В современном представлении эпигенетика рассматривается как система регуляторных механизмов, основанных на взаимодействии пептидов и белков с конкретными участками ДНК. Каждый пептид обладает избирательным сходством к определенному гену, обеспечивая прицельную модуляцию его экспрессии (то есть активности). Именно этот уровень регуляции определяет индивидуальную траекторию клеточного ответа: формирование патологических состояний, скорость возрастных изменений и другие фундаментальные биологические процессы.

Термин «эпигенез» — учение о последовательном эмбриональном развитии — был предложен еще Уильямом Гарвеем в 1651 году. Однако в современном научном смысле термин «эпигенетика» ввел английский биолог Конрад Уоддингтон в 1942 году. Он впервые связал генетику с тем, что Аристотель называл «эпигенезом» — представлением о постепенном формировании организма в процессе развития.

В нашей стране родоначальником эпигенетики по праву считается Борис Федорович Ванюшин — член-корреспондент РАН, сотрудник МГУ. Существенный вклад в развитие эпигенетического направления внесла российская научная школа, в том числе в рамках эпигенетической теории эволюции. Основополагающие работы в данной области принадлежат таким ученым, как М.А. Шишкин, А.П. Расницын и их последователям.

Для женщин на этапе планирования беременности или в период гестации эпигенетика перестает быть абстрактной теорией и приобретает отчетливое практическое значение. Внутриутробная среда выступает не просто «колыбелью» для развития плода, а активным эпигенетическим регулятором, определяющим паттерны экспрессии генов на долгосрочную перспективу, а в ряде случаев и на протяжении нескольких поколений.

В современной эпигенетике принято различать два основных типа эпигенетических воздействий:

• Прямые (соматические) эпигенетические изменения — возникают непосредственно у самого человека под влиянием факторов внешней и внутренней среды: питания, стресса, токсинов, физической активности и других. Эти изменения обратимы и могут моделироваться в течение жизни.
• Трансгенерационные (наследуемые) — передаются от родителей к потомству без изменений в первичной последовательности ДНК. Важно, что этот механизм может обеспечивать более быструю адаптацию, чем классические мутационные процессы, поскольку он не требует накопления генетических изменений на протяжении многих поколений.

Это означает, что не только условия внутриутробной среды, в которых протекала беременность, или поведенческие привычки родителей влияют на здоровье будущего ребенка. Особенности питания, уровень тревожности еще до зачатия и даже социально-экономические условия жизни предыдущих поколений способны оставить «след» в эпигенетическом профиле будущего ребенка! Звучит неожиданно, но именно так реализуется феномен наследственности: когда образ жизни и привычки предков передается потомкам, не приводя при этом к структурным изменениям в ДНК. Ученые проводили множество исследований, подтверждающих описанную теорию.

Питание беременной является одним из ключевых эпигенетических факторов, формирующих пренатальный ландшафт развития. Пищевые нутриенты служат донорами метильных групп — субстрата, необходимого для метилирования ДНК, а также регулируют экспрессию микроРНК и активность белков, вовлеченных в ремоделирование хроматина. Наряду с этим, стрессовые воздействия, экологические факторы и социально-экономические условия реализуют свое влияние через изменение паттернов метилирования, модификацию гистонов и функции некодирующих РНК.

Иначе говоря, события, происходящие в организме матери в период гестации, не проходят бесследно: они интегрируются в молекулярную структуру плода, определяя программу его метаболических, иммунологических и нейроэндокринных адаптаций на долгосрочную перспективу во взрослом возрасте.

Задержка роста плода (ЗРП)— это не просто отставание ребенка в весе и росте. Это клинический маркер нарушения программ роста, сигнал о том, что плод хронически испытывает дефицит ресурсов. Согласно концепции фетального программирования установлено, что недостаток нутриентов, энергетический дефицит и связанные с ними эпигенетические перестройки приводят к метаболической перестройке у плода. При этом эффекты данного программирования не ограничиваются перинатальным периодом, а сохраняются на протяжении всей последующей жизни, повышая риск метаболических, сердечно-сосудистых и других возрастных заболеваний.

Ключевым эпигенетическим механизмом, лежащим в основе регуляции роста плода, является геномный импринтинг — феномен, при котором экспрессия гена определяется его родительским происхождением. Согласно современным представлениям, импринтированные гены играют важную роль в контроле транспорта нутриентов от матери к плоду; нарушение которого рассматривается как прямой патогенетический фактор, приводящий к задержки роста.
Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что изменения в эпигеноме плода на ранних этапах гестации способны как усиливать, так и компенсировать ЗРП. Понимание этих механизмов создает основу для разработки новых подходов к профилактике данного осложнения беременности.

Эпигенетика открывает перед медициной поистине безграничные горизонты. Ключевая задача этого направления — оптимизировать экспрессию генов с целью продления активного долголетия. Как отмечает член-корреспондент РАН Владимир Хавинсон, видовой предел продолжительности жизни человека оценивается в 110–120 лет, однако реализация этого потенциала невозможна без целенаправленного управления эпигенетическими процессами.

Эпигенетика — это важнейший механизм адаптации к меняющимся условиям внешней среды. Для будущих родителей — как матери, так и отца — это означает одно — забота о своем здоровье: сбалансированное питание, соблюдение гигиены сна, дозированная физическая активность и управление стрессом — это не просто рекомендации, а реальный инструмент, с помощью которого можно переписать сценарий жизни своего ребенка, подарив ему более здоровое будущее.

Статья подготовлена по материалам:
Долгов А.А., Овчинникова П.П., Филоненко Е.В. Эпигенетика: перспективные открытия для медицины //Bulletin of Medical Internet Conferences (ISSN 2224-6150) 2017. Volume 7. Issue 6

Поздняков А.А. Западная и российская версии эпигенетической теории эволюции // Русский орнитологический журнал 2024, Том 33 (ISSN 1026-5627), Экспресс-выпуск 2385: 267-287