От греч. epi – на, над, поверх и генетика. Новое направление генетики, изучающее наследуемые изменения генной активности, реализуемые в процессе развития (онтогенеза) и клеточного деления, и не затрагивающие структуру ДНК. Другими словами, эпигенетика изучает влияние факторов окружающей среды на наследственные механизмы и экспрессию генов у потомков. Термин “эпигенетика” подразумевает, что кроме генетического уровня существует ещё и надгенетический уровень наследственной информации, который оказывает решающее влияние на фенотип и здоровье организма**. Хорошо известно, что упорядоченность расположения щетинок на теле дрозофилы чётко закодирована в её ДНК и определяется соответствующими генами, а вот у инфузорий (Paramecium) форма и организация кортикального слоя клетки передаётся потомству без прямого участия ДНК, поскольку у генетически одинаковых особей возможны различные типы его организации (см. Пелликула). Информация на эпигенетическом уровне обусловлена не генами (она не затрагивает структурную основу ДНК), а касается только механизмов регуляции их активности. Уже хорошо известно, что модификации ДНК, гистонов и других белковых структур хроматина представляют собой молекулярную основу эпигенетики. Эпигенетические изменения в структуре хроматина модулируют использование клеткой генома, поскольку хроматин – это способ организации информации в клетках с разной специализацией. Эпигенетические изменения охватывают разные формы модификации хроматина, расставляя по геному особые “знаки”, или “метки”. К ним относятся: 1. Модификация гистонов. 2. Вариативность состава гистонов. 3. Ремоделинг хроматина. 4. Метилирование ДНК и некодирующих РНК, и ряд других модификаций. Эти “метки” при клеточных делениях могут наследоваться и вносят свой вклад в детерминацию фенотипа. Поэтому эпигеном варьирует от типа клетки и её реакций на внешние и внутренние сигналы, которые она получает. Незначительные изменения в структурах хроматина, вызванные метилированием ДНК, ацетилированием и другими химическими модификациями гистонов приводят к изменениям в характере экспрессии генов (подавлению одних и усилению других). Проще говоря, метилирование – это сигналы к выключению генов, а ацетилирование – к их включению***. Например, в раковой клетке эпигенетические структуры могут выключить гены-супрессоры (гены-подавители) деления клетки и включить гены, побуждающие клетку к делению, что может привести к её бесконтрольному делению и образованию клональной опухоли. Для некоторых типов рака уже известны такие аномалии и, к сожалению, иногда они могут носить наследственный характер, т. е. передаваться от одного поколения к другому. В то же время в большинстве случаев эпигенетические изменения обратимы и передаются только от клетки к клетке в пределах жизни одного организма, поскольку могут быть активированы или подавлены соответствующие ферменты. Связано это с тем, что эпигенетические изменения происходят под действием индуцирующих их стимулов, при отмене которых они со временем исчезают (см. Метилирование ДНК, Ацетилирование, “Гистоновый код”, Эпигенетические факторы).
*Термин ввёл в 1939–1940 гг. английский биолог К. Уоддингтон (C. H. Waddington) для обозначения процесса взаимодействия генов и среды при формировании фенотипа, произведя его от слова “эпигенезис”, под которым понималось постепенное и последовательное новообразование органов и частей тела зародыша в процессе развития (согласно представлениям У. Гарвея, Ж. Бюффона и К. Ф. Вольфа, боровшихся с преформизмом). Под словом “эпигенетика” Уоддингтон понимал механизмы, в результате действия которых в различных клетках работают разные гены. Однако основы представлений о влиянии среды на генетические механизмы были заложены нашим соотечественником Николаем Константиновичем Кольцовым. Согласно принятому в настоящее время определению, предложенному американским генетиком Артуром Риггсом и соавт. (A. D. Riggs et al., 1996), “эпигенетика” изучает митотически и/или мейотически наследуемые изменения функции генов, которые не могут быть объяснены изменениями в последовательности ДНК. Следует отметить, что до сих пор термин “эпигенетика” разные авторы наполняют различным содержанием. Мы считаем, что термин “эпигенетика” обозначает совокупные механизмы регуляции экспрессии генов, приводящие к дифференцировке и специализации клеток в процессе онтогенеза.
**Эпигенетическими факторами объясняется появление через поколение определённых наследственных заболеваний в некоторых родословных. Предполагают, что многие заболевания от онкологических до шизофрении и депрессивных синдромов обусловлены нарушениями на эпигенетическом уровне. Скорее всего, и механизмы старения реализуются на эпигенетическом уровне регуляции.
***В большинстве случаев метилирование препятствует включению генов (показано на личинках пчёл, превращающихся в половозрелых самок-маток и личинках, превращающихся в рабочих пчёл), хотя бывают и обратные процессы.