Неидеальный человек: Почему эволюция оставила нам болезни, ошибки ДНК и уязвимости - Лоуренс Херст

но она выбирает что-то одно. Однако есть 100–200 генов, в которых выбор одной из двух копий происходит не случайным образом — все зависит от того, кто из родителей передал вам этот ген. Возьмем, к примеру, ген инсулиноподобного фактора роста 2 (IGF2). У всех нас есть две его копии. Но в эмбриональных тканях работает только одна, и у всех людей без исключения это копия, полученная от отца. Материнская копия выключена. По соседству, на той же хромосоме расположился ген H19, который не кодирует белок. H19 транскрибируется только с материнской хромосомы. Отцовская версия неактивна. Поскольку эти гены словно бы знают, от кого из родителей они получены, их называют геномно импринтированными.

Импринтинг (будем называть его так для краткости) — одна из тех эволюционно-генетических загадок, от которых голова идет кругом. Если вы, как и я, побаиваетесь летать, то легко поймете суть проблемы. Иметь две работающие копии генов — это как лететь на двухмоторном самолете: откажет один двигатель — долетите на втором. А вот импринтинг — это взлет с двумя моторами, но работает только один, и запустить второй нельзя. Вы летите на одном двигателе. А если он откажет? Переведем на язык генетики. При рецессивной летальной мутации в одном из двух генов вы не заболеете, если работают обе копии. Выживете. Но если работает только одна копия, шансы погибнуть — 50%. И даже если изначально все в порядке, но мутация возникает уже «в полете» — в единственной работающей копии, — вы опять же можете умереть. Бессмыслица какая-то.

Главное объяснение этой загадки предложили Том Мур из Университетского колледжа Корка в Ирландии и Дэвид Хейг из Гарварда. Их рассуждения примерно таковы. Представьте себе геном в эмбрионе, при этом ваш отец в будущем необязательно будет отцом всех детей вашей матери (речь идет о среднестатистической ситуации, я вовсе не ставлю под сомнение верность читателей своим партнерам). Сколько ресурсов вам следует требовать от матери? Мур и Хейг обратили внимание, что ответ зависит от того, какой вы ген — материнский или отцовский. Точная копия материнского гена с вероятностью 50:50 окажется у любого будущего брата или сестры, ведь она тоже придет от матери. Но при множественном отцовстве (так называют смену женщиной партнеров) на отцовский ген это правило не действует. Если отец будущих детей будет другим, точной копии вашего гена у следующего сводного брата или сестры не будет. Забавное исключение возможно, если следующим отцом окажется однояйцовый близнец нынешнего, но давайте не будем усложнять.

Как мы уже видели, Боб Триверс показал, что такого рода различия объясняют разногласия матери и ребенка по поводу распределения ресурсов (ребенок требует больше, мать стремится что-то приберечь). Мур и Хейг утверждают, что конфликт может возникать и между материнскими и отцовскими генами внутри самого ребенка. Гены, активные на отцовских хромосомах, должны требовать: «Давай мне больше еды, следующий ребенок мне не родня», а гены с материнской стороны должны возражать: «Нет, хватит тебе, оставь что-нибудь будущим детям».

У мышей тоже есть импринтированный ген — рецептор инсулиноподобного фактора роста 2 (Igf2r). Он работает на материнской хромосоме и блокирует действие Igf2, не давая ему захватывать ресурсы. Белок Igf2r связывает белок Igf2 и отправляет его на клеточную переработку, прежде чем тот успеет выполнить свою функцию фактора роста (подсказка была в самом названии гена). Влияние на рост может проявляться через активность гена как в самом эмбрионе, так и в плаценте — ожидаемом поле битвы за материнские ресурсы. Многие импринтированные гены действительно экспрессируются в плаценте и влияют на рост эмбрионов, в том числе за счет своей активности в плацентарной ткани.

Потенциальный конфликт между материнскими и отцовскими генами не ограничивается борьбой за питание в утробе. Он может развернуться и после рождения, например из-за молока. После появления детеныша на свет у его генов могут возникать «разногласия» о том, насколько настойчиво нужно добиваться кормления. По меньшей мере шесть импринтированных генов у мышей влияют на сосательное поведение или потребление молока. Например, у мышей ген Zdbf2 активен только на отцовской хромосоме. Его задача — побуждать новорожденных мышат энергично требовать у матери молоко сразу после рождения. Ген работает в мозге мышонка, и, если он не активируется, детеныши страдают от недостатка молока. Из-за этого теряют вес, и в итоге многие погибают вскоре после рождения. Это подтверждает идею о том, что гены, экспрессирующиеся с отцовских хромосом, должны стимулировать рост и добычу материнских ресурсов.

Также могут возникнуть разногласия о том, как вести себя с братьями и сестрами — агрессивно или миролюбиво. Многие импринтированные гены (если не большинство) работают в мозге и влияют на социальное поведение. Не исключены и споры о том, стоит ли согревать своим теплом братьев и сестер по выводку. Мышата, к примеру, жмутся друг к другу, чтобы согреться. Хейг предполагает, что материнские и отцовские гены будут спорить о балансе: сколько тепла получать от группы и сколько вкладывать самому. Судя по всему, некоторые импринтированные гены мышей регулируют жировой обмен и напрямую влияют на принятие решения.

Это далеко не единственное объяснение, но оно может дать ответ на вопрос, почему геномный импринтинг встречается у млекопитающих и цветковых растений, а не повсеместно (возможны и другие случаи — например, у пчел). Цветковые растения в чем-то похожи на млекопитающих: развивающееся семя может требовать дополнительные ресурсы у материнского растения. А вот птенец в яйце на такое неспособен. У птиц геномный импринтинг, по-видимому, отсутствует. Правда, после вылупления птенцы все же соперничают за корм, а значит, согласно этой гипотезе, гены, отвечающие за пищевое поведение, у них должны быть импринтированы, но пока это не подтверждено.

Тем не менее самые надежные предсказания конфликтной модели касаются того, как влияет на рост избыток или недостаток продукта любого импринтированного гена. Гены, экспрессирующиеся с отцовских хромосом, должны требовать: «Дайте нам больше ресурсов», — поэтому их повышенная экспрессия должна давать крупных младенцев, а пониженная — небольших. И наоборот, материнские гены в организме ребенка должны призывать: «Не торопись, оставим что-то будущим детям». Их избыточная экспрессия должна приводить к рождению маленьких детей, а недостаточная — к появлению крупных младенцев.

Проверить эти предположения позволяют так называемые генные нокауты. Что мы делаем? Берем мышей и удаляем у них ген — в буквальном смысле вырезаем его из ДНК или основательно ломаем, — а потом смотрим, как меняется эмбрион, когда такую делецию он получает от матери, а не от отца, и наоборот.

Существует как минимум 13 импринтированных генов,