Потрепала тебя жизнь: как с возрастом меняется ДНК и на что это влияет
Чем старше становится человек, тем сильнее его геном отличается от того, с которым он родился. Помимо случайных мутаций, в течение жизни на нас влияет множество факторов: травмы, стресс, загрязнение окружающей среды. Все это непрерывно меняет ДНК клеток и тканей нашего организма. К чему приводят такие трансформации и как знание о них может помочь врачам?
Личный опыт
Мы часто слышим про наследственность и переход генов от родителей к детям. Однако в течение жизни большинство мутаций происходит в соматических клетках, которые не могут передать свою ДНК потомству. К ним относятся все клетки, кроме половых. Выходит, изменения в разных тканях оказывают воздействие только на одного конкретного человека, в организме которого они происходят. И даже больше — геномы клеток печени и кожи, например, мутируют независимо друг от друга. Это называется мозаицизм. То есть тело человека — словно пазл, сложенный из разрозненных фрагментов генетического кода.
Человек представляет собой мозаику из клеток с разным геномом
Изображение: © Ichahn School of Medicine at Mount Sinai
Долгое время считалось, что соматические мутации происходят достаточно редко и зачастую не приводят к развитию патологий. Поэтому большинство ученых не уделяли им пристального внимания.
На самом деле геном организма человека беспрерывно трансформируется, даже клетки маленьких детей уже несут в себе тысячи изменений в ДНК. Главная причина — окружающая среда.
Факторы окружающей среды принято делить на три группы: физические, химические и биологические. Выходит, что последовательность ДНК человека может измениться под влиянием, например, радиации (физический фактор), лекарств (химический фактор) или вирусов (биологический фактор).
Клетки легких курильщиков к 70 годам могут содержать до 15 тысяч изменений. Большая часть из них безобидны, но найдутся и те, которые могут привести к развитию онкологии и других заболеваний. Клональный гемопоэз становится более распространенным с возрастом, почти удваивая вероятность развития сердечно-сосудистых заболеваний и повышая риск смерти от любой причины на 40 %. Мужчины становятся более уязвимыми, когда в некоторых клетках их организма исчезает Y-хромосома — ее отсутствие может привести к сердечно-сосудистым заболеваниям.
Гетерохромия, или разный цвет глаз (встречается и у людей, но чаще у животных), — результат соматической мутации, произошедшей в период эмбрионального развития
Фото: © travelarium.ph / Shutterstock / FOTODOM
Многое о природе соматических мутаций остается неизвестным. Например, возникают ли они в одних тканях чаще, чем в других и почему. Также ученым предстоит выяснить, приносят ли такие преобразования пользу. И если да, то какую? Удалось установить, что у некоторых людей соматические мутации способствовали защите от накопления жира в печени. Выходит, что изменения в геноме отдельных клеток помогают печени справляться с болезнями.
Каталог мутаций
При появлении человека на свет его геном представляет собой уникальную смесь отцовской и материнской ДНК. При этом мутации начинают накапливаться еще до рождения — на ранних стадиях эмбрионального развития. Разобраться подробнее, как они влияют на здоровье, решили исследователи из National Institutes of Health. Это будет масштабная научная работа по секвенированию, ее назвали Somatic Mosaicism Across Human Tissues (SMaHT). Ученые будут измерять частоту мутаций в разных тканях и анализировать их влияние на здоровье. В планах создать каталог таких трансформаций, где для каждой будет описана ее связь с фенотипом.
Зачастую именно соматические мутации становятся причиной развития эпилепсии, болезни Альцгеймера и шизофрении. Кроме того, подобные изменения в клетках нервной системы плода, по некоторым оценкам, увеличивают риск возникновения аутизма на 3–5 %.
Родинки возникают из-за соматических мутаций в клетках кожи
Фото: © Pixel-Shot / Shutterstock / FOTODOM
Найти такие мутации сложно. Исследователи и сотрудники клинических лабораторий умеют выявлять их в опухолях, но такие изменения обычно обнаруживают в значительной части аномальных клеток. Напротив, некоторые соматические мутации встречаются менее чем в 1 % клеток тканей. Сегодняшняя технология расшифровки ДНК может не выявить такие редкие мутации — она имеет относительно высокую вероятность ошибки. Кроме того, исследователи часто секвенируют ДНК из нескольких клеток одновременно, из-за чего также можно их пропустить.
Программа SMaHT подразумевает разные проекты. Ученые намерены заняться не только мутациями. Они хотят определить роль транспозонов — мобильных участков ДНК, которые вносят значительный вклад в изменения генома. Помимо этого, исследователи планируют выяснить, как соматические мутации в одних генах влияют на активность других.
