Наследственность зависит от пола родителя передавшего ген: так показало крупнейшее исследование

Представьте себе: два человека получили абсолютно одинаковый генетический вариант, но у одного он вызывает диабет, а у другого защищает от этой болезни. Фантастика? Отнюдь нет — реальность современной генетики оказалась куда удивительнее наших представлений.

Международная команда исследователей опубликовала в авторитетном журнале Nature работу, которая может перевернуть наше понимание наследственности. Оказывается, одни и те же генетические варианты действуют на организм кардинально по-разному в зависимости от того, унаследованы ли они от матери или от отца. Такие «родительские эффекты» обнаружились более чем в тридцати случаях при анализе данных свыше 100 тысяч человек.

Что же это означает для каждого из нас? Почему эволюция «запрограммировала» гены работать столь хитрым способом? И как новые знания помогут в медицине будущего?

Революционное открытие генетиков меняет представления о наследственности

До недавнего времени генетики исходили из простой логики: неважно, от кого из родителей пришел конкретный ген — важен лишь его вариант. Допустим, есть генетическая мутация, повышающая риск диабета. Логично предположить, что она одинаково опасна, будь то материнского или отцовского происхождения.

Новое исследование разрушает эту догму. Ученые проанализировали геномы более 100 тысяч британцев и обнаружили удивительную закономерность. В некоторых случаях отцовские варианты генов увеличивали уровень триглицеридов в крови, тогда как точно такие же материнские варианты его снижали. Подобные «биполярные эффекты» оказались особенно характерны для признаков, связанных с обменом веществ.

Исследователи назвали это явление «эффектами родительского происхождения». Они затрагивают самые разнообразные характеристики: рост человека, распределение жира в организме, уровень глюкозы, риск развития диабета второго типа. Более того, в некоторых случаях материнские и отцовские гены оказывают диаметрально противоположное воздействие на одну и ту же черту.

Возьмем конкретный пример. Определенный генетический вариант на одиннадцатой хромосоме влияет на рост ребенка. Если он унаследован от отца, то делает человека ниже. А вот материнская копия того же варианта на рост практически не влияет. Парадокс? Скорее, гениальность природы.

Древняя война полов записанная в наших генах объясняет странные эффекты

Чтобы понять логику происходящего, geneticists обратились к теории родительского конфликта — одной из самых интригующих гипотез эволюционной биологии. Суть её проста: у матери и отца могут быть разные «интересы» относительно того, сколько ресурсов тратить на конкретного ребенка.

Отцовские гены словно «заинтересованы» в том, чтобы данный ребенок рос крупным и сильным — это повышает его шансы на выживание и размножение. Материнские гены более «осторожны»: они должны учитывать, что матери предстоит рожать и других детей, поэтому чрезмерные траты энергии на одного отпрыска могут быть невыгодны.

Эта эволюционная «борьба интересов» проявляется в геномном импринтинге — явлении, при котором одни и те же гены работают по-разному в зависимости от родительского происхождения. Природа словно поставила на каждый ген невидимую «метку», указывающую, от кого он получен.

Полученные данные блестяще подтверждают эту теорию. Отцовские варианты генов действительно чаще способствуют росту и повышенному расходу энергии. Материнские же варианты склонны эти процессы ограничивать. Особенно ярко это проявляется в генах, влияющих на:

• Массу тела при рождении;
• Окончательный рост человека;
• Скорость основного обмена;
• Распределение жировых отложений.

Получается, что в каждом из нас до сих пор продолжается древнейший эволюционный конфликт между стратегиями выживания, унаследованными от разных родителей.

Как ученые научились определять происхождение генов без анализа родительской ДНК

Долгое время изучение родительских эффектов упиралось в серьезную техническую проблему. Чтобы понять, от какого родителя пришел конкретный ген, нужно было анализировать ДНК всей семьи. Это резко ограничивало размер выборки и делало невозможным обнаружение слабых, но широко распространенных эффектов.

Команда под руководством профессора Золтана Куталика из Лозаннского университета разработала принципиально новый подход. Они научились определять родительское происхождение генов косвенно, без непосредственного анализа ДНК родителей. Как им это удалось?

Исследователи использовали сразу несколько хитрых методов:

1. Анализ общих участков ДНК между братьями и сестрами — если два сиблинга имеют одинаковый участок хромосомы, можно проследить, от кого из родителей он получен;
2. Изучение половых хромосом — поскольку X-хромосома у мужчин всегда материнская, а Y-хромосома отцовская;
3. Анализ митохондриальной ДНК, которая наследуется исключительно по материнской линии.

Комбинируя эти подходы, ученые смогли определить родительское происхождение генетических вариантов у более чем 109 тысяч британцев. Это в четыре раза превысило размер выборок предыдущих исследований.

Чтобы подтвердить результаты, команда проанализировала данные ещё двух крупных биобанков: 85 тысяч эстонцев и 42 тысячи норвежских детей. Использование независимых выборок помогло убедиться в надежности обнаруженных закономерностей.

Новая методология открывает безграничные возможности для изучения родительских эффектов. Теперь исследователи могут работать с огромными выборками, что позволяет обнаруживать даже самые тонкие влияния генов в зависимости от их происхождения.

Практические выводы новое понимание генетики может изменить подходы к лечению

Открытие родительских эффектов имеет далеко идущие последствия для медицины и нашего понимания здоровья. Получается, что генетический риск заболеваний может кардинально различаться в зависимости от того, какой родитель передал «проблемный» ген.

Рассмотрим конкретный случай с диабетом второго типа. Исследование выявило генетический вариант на одиннадцатой хромосоме, который при наследовании от отца повышает риск заболевания, а при получении от матери оказывает защитный эффект. Представьте, как это может изменить подходы к профилактике!

В будущем врачи смогут давать персонализированные рекомендации, учитывающие не только наличие определенных генов, но и их родительское происхождение. Человек с «отцовским» вариантом гена диабета получит одни советы по образу жизни, а носитель «материнского» варианта — совершенно другие.

Особенно интересными оказались находки, связанные с обменом веществ. Множественные биполярные эффекты обнаружились для:

• Уровня триглицеридов — жиров, влияющих на работу сердца;
• Процента жировой ткани в организме;
• Концентрации глюкозы в крови;
• Холестерина различных типов.

Эти открытия могут революционизировать подходы к лечению метаболических нарушений. Возможно, в скором времени появятся лекарства, действующие по-разному в зависимости от родительского происхождения целевых генов.

Исследование также показало, что родительские эффекты могут меняться с возрастом. У норвежских детей один из генных вариантов проявлял материнский эффект в младенчестве, но в зрелом возрасте его действие кардинально менялось. Это говорит о том, что влияние родительского происхождения генов нужно оценивать на разных этапах жизни.

Конечно, у исследования есть ограничения. Работа сосредоточилась на людях европейского происхождения, поэтому неясно, насколько результаты применимы к другим популяциям. Кроме того, анализировались в основном физические и метаболические признаки; психические и поведенческие черты остались за кадром.

Тем не менее уже сейчас понятно: мы стоим на пороге новой эры в понимании наследственности. Недостаточно знать, какие гены у нас есть — важно помнить, от кого мы их получили. И это знание может стать ключом к персонализированной медицине будущего.