Ген. Очень личная история - Сиддхартха Мукерджи

Обнаружилось, что IT15 кодирует исполинский белок – биохимическое чудище из 3144 аминокислот, превосходящее по размеру чуть ли не все человеческие белки (инсулин, например, состоит всего из 51). Тем февральским утром постдок Гузеллы определяла нуклеотидные последовательности гена IT15 у здоровых людей из контрольной группы и у пациентов с болезнью Хантингтона. При оценке положения полос ДНК в секвенирующем геле она обнаружила очевидную разницу между генами пациентов и их родственников, которых болезнь не затронула. Ген-кандидат нашелся[794].

Векслер собиралась уже лететь в Венесуэлу за новыми образцами, когда ей позвонил Гузелла. Новость ее потрясла. Она никак не могла унять слезы. «Мы нашли его, мы нашли его[795], – вскоре поведала она интервьюеру. – Это было долгое путешествие во мраке».

О продукте гена Huntingtin – белке хантингтин[796] – известно мало. Его находят в нейронах и семенниках. Мышам он необходим для развития мозга. Но еще более загадочна мутация, вызывающая заболевание. Нормальная последовательность нуклеотидов этого гена содержит фрагмент с большим количеством повторов одного триплета: ЦАГЦАГЦАГЦАГ… – этакий молекулярный припев в среднем из 17 повторов (у одних людей их 10, а у других может быть до 35). Мутация, которую нашли у больных хореей Хантингтона, типичной не назовешь. Серповидноклеточную анемию, скажем, вызывает изменение одной аминокислоты в белке. К болезни Хантингтона приводит не изменение одной или двух аминокислот, а увеличение числа повторов с 35 и менее в нормальном гене до 40 и более в патологическом, который и считается мутантным. Повышенное число повторов удлиняет белок хантингтин, а именно удлиненная его форма, как считается, образует скопления в нейронах. Эти скопления собираются в запутанные мотки, вероятно, нарушающие работу и убивающие клетки.

Причина этого странного молекулярного «заикания» – изменения числа повторов – до сих пор остается загадкой. Возможно, совершается ошибка при копировании генов. Например, фермент, реплицирующий ДНК, добавляет лишние ЦАГ к уже существующим вереницам повторов, как ребенок вставляет лишние «с» в слово «Миссисипи». Вообще у наследования болезни Хантингтона есть примечательная особенность[797], которую называют феноменом антиципации: в семьях, отягощенных этим недугом, число ЦАГ-повторов из поколения в поколение растет, превышая в итоге 50 или даже 60 (ребенок, однажды неверно написавший «Миссиссипи», продолжает добавлять в это слово лишние «с»). По мере увеличения числа повторов болезнь становится тяжелее и проявляется раньше, поражая все более молодых членов семьи. В Венесуэле порой болеют уже 12-летние мальчики и девочки, при этом в гене хантингтина у них встречаются вереницы из 70–80 повторов.

Предложенный Дэвисом и Ботштейном метод картирования генов, позднее названный позиционным клонированием, ознаменовал переломный момент в генетике человека. В 1989-м методику использовали для определения гена, ответственного за муковисцидоз – разрушительное заболевание, поражающее легкие, поджелудочную железу, желчные протоки и кишечник. В отличие от мутации, вызывающей болезнь Хантингтона, которая в большинстве человеческих популяций (кроме необычного скопления больных в Венесуэле) встречается крайне редко, мутантный ген, вызывающий муковисцидоз, очень распространен: его несет 1 из 25 человек европейского происхождения. У людей с одной мутантной копией симптомов обычно не бывает. Если у двух таких бессимптомных носителей рождается ребенок, с вероятностью одна четвертая ему достанутся две мутантные копии. Последствия такого стечения обстоятельств могут быть фатальными. У некоторых мутаций пенетрантность приближается к 100 %. До 1980-х средняя продолжительность жизни ребенка, несущего два таких мутантных аллеля, составляла 20 лет.

То, что муковисцидоз как-то связан с солью и секрецией, подозревали столетиями. В 1857 году швейцарский альманах[798] с детскими песнями и играми беспокоился о здоровье ребенка, чей «лоб солен, когда его целуешь». Было известно, что дети с этой патологией выделяют с секретом потовых желез такие невероятные количества соли, что их пропитанная потом одежда, если ее повесить на проволоку сушиться, разъедает металл подобно морской воде. Секрет их легких был столь вязким, что закупоривал слизистыми сгустками воздухоносные пути, и те превращались в инкубаторы для бактерий, вызывавших частые пневмонии – они-то и были одной из типичных причин смерти. Жизнь больных была ужасной – тело тонуло в собственных выделениях, – и порой не менее ужасно она заканчивалась. В 1595 году профессор анатомии из Лейдена так описал гибель ребенка: «Внутри перикарда сердце плавало[799] в ядовитой жидкости цвета морской волны. Смерть наступила от повреждения поджелудочной железы, которая странным образом распухла. <…> Девочка была очень худой, измученной гектической лихорадкой – то резко спадающей, то резко нарастающей, но никогда не прекращающейся». Практически нет сомнений в том, что это описание случая муковисцидоза.

В 1985-м Цуй Лапчи[800], специалист по человеческой генетике из Торонто, обнаружил в геноме «безымянный маркер», один из ботштейновских вариантов ДНК, связанный с детерминантой муковисцидоза. Маркер быстро локализовали на 7-й хромосоме, однако ген муковисцидоза по-прежнему скрывался в ее хроматиновых дебрях. Цуй начал охоту за этим геном, постепенно сужая предполагаемую область его нахождения. К поискам присоединились Джек Риордан, тоже работавший в Торонто, и Фрэнсис Коллинз, генетик из Мичиганского университета.

Коллинз разработал остроумную модификацию стандартной технологии поиска генов. При картировании обычно приходилось «гулять» по хромосоме – клонировать сначала один ее кусочек, потом соседний, перекрывающийся с предыдущим, и так далее. Это была жутко кропотливая и трудоемкая задача, подобная карабканью по канату с перехватами «впритык», когда человек вынужден ставить одну руку прямо над другой. Метод Коллинза позволил двигаться вверх-вниз по хромосоме «с перехватом на вытянутую руку». Он назвал это «прыжками по хромосоме».

К весне 1989-го Коллинз, Цуй и Риордан[801] «прыжками» по 7-й хромосоме сузили рамки поиска до нескольких генов-кандидатов. Теперь нужно было секвенировать эти гены, подтвердить причастность к муковисцидозу какого-то из них и определить, что за мутация нарушала его работу у больных. Одним дождливым вечером в конце того же лета пребывавшие в Бетесде на симпозиуме по картированию генов Цуй и Коллинз стояли, сгорбившись, над факсом: постдок из лаборатории Коллинза должен был отправить им нуклеотидные последовательности «прочитанных» генов. По мере того как машина выплевывала пачки бумаг, испещренных строчками букв «АТГЦЦГГТЦ…», Коллинз осознавал, что наблюдает за материализацией откровения: у больных детей обе копии только одного гена всегда содержали мутации, а их здоровые родители несли всего по одной его мутантной копии.

Выяснилось, что этот связанный с муковисцидозом ген[802] кодирует молекулу, переносящую соль, хлорид натрия, через клеточные мембраны. Самая распространенная его мутация – делеция трех нуклеотидов ДНК, приводящая к выпадению всего одной аминокислоты из белка-переносчика. В результате белок теряет способность транспортировать хлорид-ионы – одну