3.4. Взаимодействие эпигенетики и окружающей среды

Данные, полученные на человеке и модельных животных, свидетельствуют, что факторы окружающей среды могут влиять на эпигенетические метки, и, в результате, на функцию гена. Тот факт, что однояйцевые близнецы имеют сходные эпигенотипы в течение первых лет жизни, но демонстрируют существенные различия по содержанию и распределению 5-метилцитозинов и ацетилированных гистонов, является хорошим доказательством того, что эпигенотип метастабилен и проявляет вариабельность во времени (Fraga et al., 2005). Вероятно, многие факторы окружающей среды и стохастические события могут способствовать изменчивости эпигенома (рис. 23.7) (Anway et al., 2005), но потенциальными ключевыми игроками выступают диета и ранний опыт.

Диета и эпигенотипы при старении и болезнях

Несколько сообщений указывают на то, что существует зависящее от возраста уменьшение глобального метилирования ДНК, тогда как одновременно может иметь место сайт-специфическое гиперметилирование (Hoal-van Helden and van Helden, 1989; Cooney, 1993; Rampersaud et al., 2000). Притом, что имеется большой массив данных, связывающих изменения в метилировании ДНК с риском возниковения или развития раковых заболеваний (Mays-Hoopes, 1989; Issa et al., 1994), такие эпигенетические изменения могут вносить свой вклад в возрастание риска раковых заболеваний, связанное с возрастом. Роль диеты как фактора, участвующего в контроле статуса глобального метилирования, лучше всего проиллюстрировано на взрослых пациентах мужского пола, страдающих уремией и подвергнутых гемодиализу. Наличие у таких пациентов гипергомоцистинемии предполагает низкое содержание метионина, возможно, преимущественно из-за истощения фолатов. У этих мужчин имело место редуцированное общее и локус-специфическое метилирование ДНК, которое изменялось на противоположное после назначения высоких доз фолиевой кислоты (Ingrosso et al., 2003).

Из-за того, что некоторые нейропсихиатрические характеристики, происходящие вследствие недостатка фолатов и витамина В12, перекрываются со свойствами, наблюдаемыми при спорадических нейропсихиатрических нарушениях, было высказано предположение, что последние могут быть вызваны изменениями в паттернах метилирования в центральной нервной системе (Reynolds et al., 1984). Низкие уровни содержания SAM были обнаружены при фолат-зависимой депрессии; более того, добавление SAM помогает как дополнительная терапия при некоторых формах депрессии (Bottiglieri et al., 1994). Наконец, хотя и непонятно, каким образом прием повышенного количества фолиевой кислоты беременными женщинами уменьшает риск дефектов нервной трубки плода, соблазнительно было бы предположить какое-то эпигенетически опосредованное влияние на метилирование ДНК или гистонов. Обнаружение того, что у мышей agouti viable yellow обогащение диеты самок фолиевой кислотой, В12 и бетаином изменяет эпигенотип и фенотип потомства, по-видимому, является первым из множества примеров, которые еще предстоит обнаружить у людей и других млекопитающих (Wolff et al., 1998; Waterland and Jirtle, 2003).

Ранний опыт и эпигенотипы

Наилучший пример того, как ранний опыт и материнское поведение могут изменить эпигенотип млекопитающего, пока описан только у крыс. Частое облизывание крысами своих детенышей и груминг изменяют статус метилирования ДНК в промоторном участке гена рецептора глюкокортикоидов (GR) в гиппокампе крысят. У крысят, которых часто вылизывали и подвергали груммингу, имеет место пониженное метилирование ДНК и повышенное ацетилирование гистонов в промоторе GR по сравнению с крысятами, выращенными крысами, которые их редко вылизывали (Weaver et al., 2004). Повышенные уровни содержания GR у крысят, в свою очередь, влияют на регуляцию у них уровня гормона стресса и на их реакцию на стресс в течение всей жизни (Liu et al., 1997; Weaver et al., 2004). Хотя такие данные для человека пока отсутствуют, они безусловно поднимают вопрос относительно роли раннего опыта в модулировании эпигенотипов и риске психиатрических расстройств у людей.

^{Рис. 23.7. Эпигенотип, наряду с генотипом и факторами окружающей среды, играет критическую роль в определении фенотипов}

^{Известные эпигенетические факторы, влияющие на экспрессию генов и стабильность генома, включают метилирование ДНК. комплексы ремоделинга хроматина, ковалентные модификации гистонов, наличие вариантов гистонов или некодирующих ре­ гуляторных РНК (ncRNA)}