Гистоны - носители наследственной информации?

Сообщением о том, что в ядре каждой клетки человеческого организма содержится 23 пары хромосом, то есть 46 молекул дезоксирибонуклеиновой кислоты, в которых и закодирована наследственная информация, сегодня едва ли кого-нибудь можно удивить. Однако далеко не каждый знает, что суммарная протяженность этих 46 нитей, содержащих в общей сложности более шести миллиардов пар нуклеотидов, составляет около двух метров. Между тем, диаметр ядра соматических клеток, в котором должны поместиться все эти молекулы общей длиной 2 метра, в большинстве случаев не превышает 10-15 мкм, а микрометр - это тысячная доля миллиметра. За плотную упаковку нитей ДНК в клетке отвечают особые белки - гистоны. Но, похоже, их функция этим не ограничивается. Сегодня генетики склоняются к мысли о том, что гистоны являются - наряду с ДНК - еще одним носителем наследственной информации в клетке. Обсуждение этой гипотезы было одной из основных тем научного семинара, организованного Европейской лабораторией молекулярной биологии в Гейдельберге.

Октомер, хроматин, гистоновые хвосты

Один из участников семинара, немецкий генетик Филипп Фогт (Philipp Voigt), работающий сегодня в медицинском институте имени Хауарда Хьюза при Нью-йоркском университете, описывает гистоны так: "Они формируют своего рода шар, вокруг которого обвиваются молекулы ДНК. Собственно, это не совсем шар, а так называемый октамер, объемная структура из четырех пар гистоновых белков. Плотная упаковка молекул ДНК становится возможной благодаря тому, что отрицательные заряды фосфатных групп этих молекул нейтрализуются положительными зарядами аминокислотных остатков гистонов. Гистоновый октамер с обмотанной вокруг него молекулой ДНК называется "нуклеосомой", множество нуклеосом образуют "хроматин". Но у гистонов имеются также подвижные концевые фрагменты, выступающие из октамера в окружающее нуклеосому пространство клеточного ядра, - они называются "хвосты". На этих хвостах происходят различные модификации, в результате которых гистоны могут связываться с другими белками и выполнять тем самым определенные функции, участвуя в регуляции тех или иных внутриклеточных процессов".

Не набор сигналов, а целый язык

Понятно, что чрезвычайно высокая плотность ДНК в хроматине затрудняет работу ядерных механизмов, осуществляющих ее репликацию, трансляцию и репарацию. Чтобы обеспечить беспрепятственное протекание этих процессов, структура хроматина постоянно изменяется, открывая для считывания одни фрагменты ДНК и пряча другие. Тем самым гистоны регулируют производство белков в клетке - или, по крайней мере, активно участвуют в этой регуляции, - а значит, и сами являются носителями важной наследственной информации. Их форма - это тоже своего рода код, который предопределяет реализацию другого кода, того, что заключен в ДНК, полагают генетики.

Причем речь идет отнюдь не о простом наборе каких-то однозначных сигналов. Филипп Фогт поясняет: "Тут уже нельзя говорить о некоем примитивном коде. Сегодня мы знаем, что это весьма сложная сигнальная система. Многие эксперты предпочитают поэтому говорить не о коде, а о языке, в котором из одного и того же набора слогов можно получать, комбинируя их по-разному, разные слова".

Но если гистоны, подобно ДНК, являются носителями информации в клеточном ядре, они должны при делении материнской клетки каким-то образом передавать эту информацию в полном объеме дочерним клеткам. Как происходит деление двойной спирали ДНК, исследователи выяснили уже давно. А вот с гистонами ясности пока нет, говорит Филипп Фогт: "Чтобы гистоны в неизменном виде перешли из материнской клетки в дочерние, октамер должен разделиться на две половинки, несущие одну и ту же информацию. Однако мы недавно показали, что эти половинки не идентичны, что на них разные модификации. Значит, тут должен действовать какой-то иной механизм передачи информации, а не просто деление октамера пополам".

Но то, что информация каким-то образом все же передается, не вызывает ни малейших сомнений, подчеркивает Александр Майснер (Alexander Meissner) из Института стволовых клеток при Гарвардском университете: "Если вы возьмете одну клетку кожи и сравните ее с другой клеткой кожи после деления, составив для обеих клеток карты гистоновых модификаций, то сразу обнаружите, что они совершенно идентичны. Да, мы не понимаем пока, каков механизм копирования гистонов, но знаем, что их состояние передается при делении обеим клеткам в полном объеме".

Новые перспективы в терапии генных болезней

Кроме того, уже сейчас ясно, что гистоновые белки как носители биологической информации представляют интерес для фармацевтической отрасли, поскольку, воздействуя на них, можно регулировать внутриядерные процессы, объясняет Роберт Шнайдер (Robert Schneider) из Института генетики, молекулярной биологии и биологии клетки в Страсбурге: "Можем ли мы предотвратить формирование той или иной модификации гистона? Если да, то это означает, что мы можем регулировать доступность для трансляции того или иного фрагмента ДНК, то есть сделать так, чтобы какой-то определенный белок не синтезировался клеткой. Практически это означает возможность таким образом включать и выключать отдельные гены".

Иными словами, потенциально этот механизм может быть использован для медикаментозной терапии различных заболеваний, так или иначе связанных с генными дефектами. Но это - довольно отдаленное будущее. Пока же речь идет лишь о фундаментальных исследованиях.