Факторы, определяющие силу проявления гена: от эпигенетики до среды

Автор:

Медицинский генетик

03.12.2025

4 мин.

Многих волнует вопрос: если в генах заложена предрасположенность к заболеванию, означает ли это неизбежность его развития? Современная генетика дает на это обнадеживающий ответ. Наличие гена — это еще не приговор. Важнейшую роль играют факторы, определяющие силу проявления гена, или, говоря научным языком, его экспрессию. Это сложный и многоуровневый процесс, в котором наш генетический код — лишь один из участников. На то, «зазвучит» ли ген и насколько громко, влияют как внутренние механизмы регуляции, так и внешние условия, включая образ жизни. Понимание этих механизмов позволяет перейти от пассивного принятия «генетической судьбы» к активному управлению своим здоровьем.

Генетический код — не приговор: пенетрантность и экспрессивность

Чтобы понять, почему один и тот же ген у разных людей работает по-разному, необходимо познакомиться с двумя ключевыми понятиями: пенетрантностью и экспрессивностью. Эти термины описывают вероятность и степень проявления генетического признака.

Пенетрантность — это статистический показатель, который отражает, у какого процента носителей определенного гена этот ген проявится в виде конкретного признака или заболевания. Представьте себе выключатель света: ген либо «включен» и признак есть, либо «выключен» и признака нет. Пенетрантность бывает:

Полная (100%): если у каждого человека с данным вариантом гена обязательно проявится соответствующий признак. Такое встречается при некоторых моногенных заболеваниях, например, при нейрофиброматозе I типа.
Неполная: если признак проявляется лишь у части носителей гена. Например, ген BRCA1, повышающий риск развития рака молочной железы и яичников, имеет неполную пенетрантность. Не все женщины-носительницы этого гена заболеют раком в течение жизни.

Экспрессивность, в свою очередь, описывает не вероятность, а степень или тяжесть проявления признака у тех, у кого он все-таки проявился. Если пенетрантность — это выключатель, то экспрессивность — это регулятор яркости света (диммер). У людей с одним и тем же генетическим вариантом симптомы могут варьироваться от очень легких до крайне тяжелых. Классический пример — синдром Марфана. У всех пациентов есть мутация в одном и том же гене, но у одних могут быть лишь незначительные изменения скелета, а у других — серьезные, угрожающие жизни проблемы с сердцем и аортой. Вариабельная экспрессивность объясняет, почему в одной семье наследственное заболевание может протекать у разных родственников с разной степенью тяжести.

Эпигенетика: «дирижер» генетического оркестра

Одним из главных механизмов, объясняющих неполную пенетрантность и вариабельную экспрессивность, является эпигенетика. Этот раздел генетики изучает изменения активности генов, которые не связаны с изменением самой последовательности дезоксирибонуклеиновой кислоты. Эпигенетические механизмы — это своего рода «химические метки» или «закладки» на нашей ДНК, которые указывают клетке, какие гены нужно считывать, а какие — игнорировать.

Представьте, что ваша ДНК — это огромная поваренная книга со всеми возможными рецептами. Эпигенетика — это пометки на полях и закладки, которые определяют, какие блюда (белки) будут «приготовлены» в конкретной клетке в конкретный момент времени. Основные эпигенетические механизмы включают:

Метилирование ДНК: присоединение специальных химических групп (метильных) к определенным участкам ДНК. Чаще всего метилирование действует как «стоп-сигнал», подавляя активность гена. Оно не дает считывающей машинерии клетки «прочитать» ген, эффективно его выключая.
Модификация гистонов: гистоны — это белки, вокруг которых обернута ДНК в ядре клетки, как нить вокруг катушки. Различные химические модификации этих белков могут либо «расслаблять» упаковку ДНК, делая гены доступными для считывания, либо, наоборот, «уплотнять» ее, блокируя к ним доступ. Это похоже на регулировку громкости: ген может работать тише или громче.

Ключевая особенность эпигенетических изменений в том, что они динамичны и обратимы. На них могут влиять факторы окружающей среды, образ жизни, питание. Это означает, что мы не являемся заложниками нашего генома и можем влиять на его работу.

Влияние окружающей среды: когда гены «слушают» мир

Гены не существуют в вакууме. Они постоянно взаимодействуют с окружающей средой, которая может напрямую влиять на их экспрессию, в том числе через эпигенетические механизмы. Понимание этого взаимодействия открывает возможности для профилактики многих заболеваний.

Ниже приведена таблица, иллюстрирующая влияние основных факторов среды на работу генов.

Фактор	Механизм влияния	Пример
Питание	Некоторые нутриенты (например, фолиевая кислота, витамины группы B, холин) являются донорами метильных групп, необходимых для метилирования ДНК. Другие компоненты пищи, такие как полифенолы в овощах и фруктах, могут влиять на активность ферментов, модифицирующих гистоны.	Достаточное потребление фолиевой кислоты во время беременности критически важно для правильного метилирования генов, отвечающих за развитие нервной трубки плода, что снижает риск врожденных дефектов.
Физическая активность	Регулярные упражнения могут изменять паттерны метилирования ДНК в мышечной и жировой ткани, активируя гены, ответственные за метаболизм глюкозы и жиров, и подавляя гены, связанные с воспалением.	Систематические тренировки помогают «включить» гены, улучшающие чувствительность к инсулину, что является профилактикой сахарного диабета II типа.
Стресс	Хронический стресс и высокий уровень кортизола могут приводить к эпигенетическим изменениям в генах, связанных с работой иммунной системы и регуляцией настроения, повышая уязвимость к депрессии и тревожным расстройствам.	Длительный психологический стресс может изменить активность генов в мозге, влияя на нейропластичность и эмоциональные реакции.
Токсины и загрязнители	Компоненты табачного дыма, выхлопные газы, пестициды и тяжелые металлы могут нарушать нормальные процессы метилирования ДНК и модификации гистонов, «включая» гены, способствующие развитию рака (онкогены), и «выключая» гены-защитники (супрессоры опухолевого роста).	Курение является одним из самых мощных факторов, изменяющих эпигеном. Эти изменения могут затрагивать сотни генов и сохраняться годами даже после отказа от курения.

Взаимодействие генов и случайные факторы

Картина была бы неполной без учета еще двух важных аспектов. Сила проявления одного гена часто зависит от работы других генов, а также от элемента случайности.

Полигенное наследование — это ситуация, когда за формирование одного признака (например, рост, вес, цвет кожи) или предрасположенность к заболеванию (например, ишемическая болезнь сердца, артериальная гипертензия) отвечает не один, а множество генов. Каждый из них вносит свой небольшой вклад. Эффект одного гена может быть усилен или ослаблен наличием определенных вариантов в других генах. Это создает сложную сеть взаимодействий, которая и определяет итоговый результат.

Стохастические (случайные) процессы также играют свою роль. Даже в абсолютно идентичных условиях на молекулярном уровне происходят случайные флуктуации. Например, при делении клетки эпигенетические метки могут распределиться между дочерними клетками не совсем симметрично. Эти случайные события накапливаются в течение жизни и могут объяснять, почему даже однояйцевые близнецы с одинаковой ДНК и выросшие в одной семье со временем приобретают различия и могут иметь разный статус здоровья.

Как понимание экспрессии генов помогает на практике

Осознание того, что наш генетический код — это не жесткая инструкция, а скорее сценарий с множеством возможных интерпретаций, коренным образом меняет подход к здоровью. Это знание дает инструменты для снижения рисков, заложенных в ДНК. Если генетический тест выявил предрасположенность к определенному заболеванию, это не повод для паники, а руководство к действию.

Зная свои уязвимости, можно целенаправленно модифицировать образ жизни и окружающую среду, чтобы не дать «плохим» генам проявить себя в полную силу. Это основа персонализированной медицины: не просто лечить болезнь, а предотвращать ее развитие, воздействуя на те самые факторы, которые регулируют экспрессию генов. Консультация с врачом-генетиком поможет интерпретировать генетическую информацию и разработать индивидуальную стратегию профилактики, основанную на коррекции питания, физической активности и других управляемых факторах.

Список литературы

Гинтер Е.К. Медицинская генетика: Учебник. — М.: Медицина, 2003. — 448 с.
Бочков Н.П. Клиническая генетика: Учебник. — 4-е изд., доп. и перераб. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2011. — 592 с.
Alberts B., Johnson A., Lewis J., et al. Molecular Biology of the Cell. 6th ed. — New York: Garland Science, 2014. — 1464 p.
Nussbaum R.L., McInnes R.R., Willard H.F. Thompson & Thompson Genetics in Medicine. 8th ed. — Philadelphia: Elsevier, 2016. — 544 p.
Северин Е.С. Биохимия: Учебник для вузов. — 5-е изд., испр. и доп. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2008. — 768 с.