Хромосомные структуры… Они и кодекс законов, и исполнительная сила, или (используя другую аналогию) они и архитектурный проект, и строительная бригада в одно и то же время.
Попробую объяснить, что такое экспрессия генов, на «строительном» примере. Представьте, что ваша ДНК – это огромный архив инструкций по сборке всего организма. Здесь хранятся все возможные чертежи: от фундамента (костей) до проводки (нервов) и отделки (кожи). Но сами по себе эти книги и чертежи бесполезны, ведь их нужно уметь читать и воплощать в жизнь. Вот что такое экспрессия генов – процесс, когда «буквы и схемы» ДНК превращаются в реальные «строительные материалы» нашего организма – белки и другие важные молекулы (см. рис. на стр. 56).
Проще говоря:
1. Гены – это чертежи, мини-проекты по отдельным видам работ (чертёж лестницы, схема электропроводки квартиры, план кладки стены).
2. Экспрессия – активный процесс строительства по чертежам. Услышали слово «экспрессия» – сразу представляйте шум стройки, работающие краны, бетономешалки, рабочих с кирпичами. Это все этапы: от получения допуска к чертежу в архиве (эпигенетика!) через снятие копии (транскрипция в РНК), доставку копии на стройплощадку (транспорт РНК), интерпретацию копии прорабом (рибосомой) к непосредственному производству деталей для строительства (трансляция в белок).
3. Белки – строительный материал, этакие «кирпичики» нашего тела.
Давайте рассмотрим несколько примеров экспрессии в контексте «стройки».
Например, пубертат. В нашем «архиве» (ДНК) годами пылится проект «Взрослое тело». Когда ребёнок достигает подросткового возраста, в его организме срабатывает «таймер», и главный прораб (эпигенетический регулятор) командует: «Чертёж № 81 (гены половых гормонов) – в производство! Срочно!» Гены, которые молчали с рождения, просыпаются и начинают активно работать – запускается экспрессия, начинается массовая выработка гормонов (новых «стройматериалов»), идёт активная перестройка «здания» (тела).
Или, допустим, вы поцарапали палец. В «архив» тут же поступает сигнал: «Авария на участке Кожа пальца!» Главный прораб находит чертежи «Экстренный ремонт кожи» (гены факторов роста, выработки коллагена) и в срочном порядке запускает их экспрессию. На «аварийном участке» резко увеличивается «производство» нужных белков-кирпичей и белков-рабочих. Когда ремонт закончен, экспрессия этих генов снижается и «строительный участок» закрывается.
Подняли слишком тяжёлый вес на тренировке и получили микроразрывы в мышцах? Для строительной бригады это сигнал: «Требуется усиление конструкции!» Прораб запускает экспрессию генов мышечных белков (актина, миозина). Идёт активное «производство» новых мышечных волокон, и «здание» (мышца) становится крепче. Если нет новой нагрузки, экспрессия падает, «производство» сворачивается.
И еще один яркий пример – процесс переваривания пищи. Съели кусочек сочного шашлыка, и в клетки желудка и кишечника поступает сигнал: «Груз прибыл!» Главный прораб (важно: главный в этих клетках!) запускает экспрессию генов пищеварительных ферментов. Начинается «производство» белков-машин, которые будут «разбирать» пищу на кирпичики (аминокислоты).
Как экспрессия генов связана с метилированием и эпигенетическим ландшафтом?
Если на титульном листе чертежа стоит красная печать «метилирование» – это знак для главного прораба, что данный чертёж использовать нельзя, проект «законсервирован». Так, к примеру, происходит старение. Гены, критичные для деления молодых клеток, в большинстве взрослых клеток навсегда помечены красной печатью «метилирование». Их чертежи в архиве убраны на дальнюю полку, строительство по ним не ведётся.
Эпигенетический ландшафт – это и система допусков, и регламент работы архива, и ландшафт стройплощадки. Где и какие чертежи лежат, какие с красными пометками, а какие нет, есть ли разрешительная документация на строительство (транскрипция), можно ли технику к участку подвезти – доступен ли участок?