Р Е Ц Е Н З И Я
на книгу «ЭПИГЕНЕТИКА»
под редакцией С.М. Закияна, В.В. Власова, Е.В. Дементьевой.
Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2012 г. – 592 с.
Книга представляет собой фундаментальный научный труд, включает предисловие, 23 самостоятельные главы, список сокращений, словарь терминов. Каждая глава снабжена списком использованной литературы, подготовлена большим коллективом авторов (45 человек) – сотрудников ведущих научно-исследовательских институтов Сибирского отделения РАН (Институт цитологии и генетики, Институт химической биологии и фундаментальной медицины, Институт молекулярной и клеточной биологии), а также Санкт-Петербургского филиала Института общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН, НИИ акушерства и гинекологии им. Д.О. Отта СЗО РАМН, Московского и Томского государственных университетов.
Книга посвящена бурно развивающемуся направлению современной биологии – эпигенетике, изучающей взаимодействие между генами и их продуктами. Основное внимание обращено на модификации активности генов, не затрагивающие первичную структуру ДНК, то есть на такие эпигенетические механизмы (регулирующие активность генов), как метилирование ДНК, ацетилирование гистонов, некодирующие РНК, ремоделирование хроматина. Во Введении отмечается, что эпигенетическая регуляция, реализуемая в пределах организма, относится к наследуемым изменениям функции генома. Она не тождественна регуляции транскрипционной активности генов: эпигенетика исследует стабильные изменения генной активности в ряду клеточных делений как соматических, так и половых клеток, тогда как транскрипционная активность относится к регуляции функции генов в одной клетке. Вместе с тем грань между этими процессами достаточно условна.
К специфическим эпигенетическим процессам относят такие явления, как геномный импринтинг, инактивация Х-хромосомы, эффект положения, материнские эффекты, репрограммирование генома, модификации гистонов, гетерохроматизацию, партеногенез, канцерогенез, старение и клонирование. Различным аспектам эпигенетических изменений, связанных с процессами онтогенеза, старения, патологией эмбрионального развития, с болезнями человека, процессами посвящена обширная научная литература. Проблемы эпигенетики неоднократно рассматривались в многочисленных обзорах и монографиях отечественных авторов (Пальцев М.А., Залетаев Д.В., 2009; Медведев С.П., Шевченко А.И., Сухих Г.Т., Закиян С.М., 2011; Анисимов, 2008).
В 2010 г. в России вышла переводная зарубежная коллективная монография «Эпигенетика», изданная в США еще в 2007 г. Учитывая столь бурное развитие этого нового направления, разница в 5 лет между этими одноименными монографиями существенна как по объему представленного материала, так и по глубине теоретических обобщений. Важным достоинством настоящего издания является обсуждение эпигенетических исследований отечественных авторов.
Несомненно удачным следует также признать компоновку многообразного и разнопланового материала, касающегося эпигенетических процессов, разворачивающихся на молекулярном уровне (ДНК, РНК, гистоны, белки), на уровне хроматина, отдельных хромосом, клеток, тканей, развивающегося зародыша и целого организма.
В главе 1, посвященной нуклеосомной организации хроматина, как основной структуры наследственного аппарата ядра эукариот, отмечается, что основные механизмы, связанные с эпигенетической изменчивостью касаются событий, связанных с метилированием ДНК, изменениями гистоновых белков и пространственной организацией нуклеосом. Даются представления о существовании в клетках, наряду с генетическим кодом (ДНК), эпигенетических кодов, определяющих стабильные функциональные модификации гистонов («гистоновый» код) и организацию нуклеосом («нуклеосомный» код), определяющих функционально активное (пермиссивное) состояние хроматина или его метастабильную наследуемую инактивацию. Молекулярные механизмы активных изменений структуры ДНК (метилирование и деметилирование СpG островков) подробно рассмотрены в главе 2 и дополнены особенностями этих процессов у растений в главе 3. Обзор общих представлений о механизмах эпигенетического наследования, её стабильности во время репликации, сохранения в митозе и в мейозе, а также при формировании пространственной организации интерфазного ядра приведен в главе 4. Более подробно механизмы пространственно-временной репликации ДНК, их связь с механизмами эпигенетической регуляции в развитии даны в главе 5, а проблемы пространственно-временной организации ядра, роль в этом гетерохроматина и районов прикрепления хромосом к ядерной оболочке – в главе 6. Отдельная глава (глава 7) посвящена таким специальным эпигенетическим механизмам посттранскрипционной регуляции функции индивидуальных генов как РНК-интерференция и перспективам её практического использования в медицине. Две следующие главы суммируют данные об известных генетических и эпигенетических механизмах доимплантационного развития мышей (глава 8) и человека (глава 9). Несмотря на определенные совпадения в описании процессов репрограммирования генома зародыша на начальных стадиях развития оплодотворенной яйцеклетки и первичной эмбриональной индукции, главы в значительной мере дополняют друг друга, особенно в отношении описания генетических и эпигенетических механизмов регуляции на стадиях имплантации, плацентации, активного органогенеза, а также ошибок репрограммирования генома, приводящих к эпигенетическим болезням (болезни импринтинга) (глава 9). Проблемы возникновения и эволюции импринтинга у млекопитающих, организация кластеров импринтированных генов и их связь с патологией человека подробно проанализированы в главе 10.
Три последующие главы посвящены такой актуальной проблеме современной биологии и медицины, как проблема стволовых клеток. В вводной части (глава 11) рассмотрены стволовые клетки эмбрионального происхождения: из тератом, нормально дробящихся зародышей, трофобласта, внезародышевой энтодермы, гонобласта. Молекулярные механизмы эпигенетического репрограммирования эмбриональных клеток и их переход в плюрипотентное состояние («эпигенетическая память») обсуждаются в главе 12. Методы проверки плюрипотентности стволовых клеток, включая стандартный «тест на химеризм», его использование при решении проблем биологии развития, приведены в главе 13.
Особенно подробно в кластере из семи последовательных глав в монографии изложены современные данные и результаты собственных исследований большого коллектива авторов Института цитологии и генетики СО РАН, относящиеся к проблемам дозовой компенсации и молекулярным механизмам инактивации Х-хромосомы у млекопитающих и других организмов. В частности, механизмы и эпигенетические аспекты дозовой компенсации у дрозофилы суммированы в главе 14; проблемы дозовой компенсации, коэволюции половых хромосом у млекопитающих, а так же механизмы регуляции экспрессии генов Х-хромосомы – в главе 15; подробная информация о структуре и функционировании центра инактивации Х-хромосомы и особенности её регуляции у млекопитающих – в главе 16; теоретические аспекты феноменологии инактивации Х-хромосомы, гипотезы её происхождения и эволюции – в главе 17; акцент на состояние хроматина неактивной Х-хромосомы, типах, входящих в её состав гетерохроматиновых блоков, механизмы становления и поддержания неактивного состояния Х-хромосомы – в главе 18; а проблемы, механизмы и значение мейотической инактивации половых хромосом при созревании гамет у млекопитающих и некоторых насекомых – в главе 19. Процесс дозовой компенсации в виде деминуции хроматина, связанный с РНК-опосредованной перестройкой генома у инфузорий рассмотрен в главе 20. В качестве одного из вариантов эпигенетических мутаций, несвязанных непосредственно со структурными изменениями ДНК, в главе 21 рассмотрен феномен «белковой наследственности» на примерах прионных белков низших эукариот (дрожжи) и млекопитающих. Частыми проявлениями эпигенетической изменчивости являются условные мутации, возникающие под действием повреждающих внешних факторов на ранних стадиях развития и нередко передающиеся в ряду нескольких поколений в виде морфозов и длительных модификаций. Эпигенетические механизмы этих феноменов рассмотрены в главе 22. Монография завершается главой 23, целиком посвященной современным высокопроизводительным методам секвенирования ДНК. В главе, однако, не представлены новые варианты глубокого параллельного секвенирования, методы секвенирования нового поколения (New Generation Sequencing), довольно фрагментарно приведена техника секвенирования, позволяющая установить профиль метилирования ДНК ткани.
Суммируя, следует отметить, что рецензируемая монография – первая в стране фундаментальная книга, посвященная такой актуальной общебиологической проблеме, как эпигенетика. Она, безусловно, заслуживает самой высокой оценки и может рассматриваться как несомненный творческий успех сотрудников СО РАН, прежде всего Института цитологии и генетики, а также других научных центров страны, в той или иной мере занятых проблемами эпигенетики. Представительный коллектив авторов, полнота охвата проблемы, глубокий теоретический и концептуальный анализ, конструктивные практические выводы делают книгу востребованной для широкого круга читателей и специалистов – биологов. Обилие цветных рисунков, схем, фотографий, высокое качество печати и исчерпывающая библиография не только облегчают её чтение, но и доставляют истинное эстетическое удовольствие. Есть все основания поздравить коллектив авторов и редакторов монографии «Эпигенетика» с выходом в свет такой важной и нужной книги.
Член-корреспондент РАМН, профессор В.С. Баранов