Однояйцеві близнюки мають різні епігенетичні профілі

У 2004 році поліція штату Мічиган виявила, що ДНК з місця злочину збігається з генетичним матеріалом Джерома Купера, відомого злочинця. Однак справа ускладнилася, коли з'ясувалося, що його однояйцевий близнюк Тайрон також перебував у районі злочину в той час. Оскільки монозиготні близнюки розвиваються з однієї запліднeної яйцеклітини, яка розділяється на два ембріони, Джером і Тайрон мають ідентичні послідовності ДНК. Обидва брати заперечували причетність до злочину, тому справа залишилася нерозкритою. У подібних випадках протягом історії однояйцеві близнюки уникали покарання через неконклюзивні генетичні докази.

Джордана Белл, дослідниця епігеноміки з Королівського коледжу Лондона, зазначає, що існує кілька факторів, які відрізняють однояйцевих близнюків. Протягом останніх років Белл та інші науковці виявили, що монозиготні близнюки демонструють помітні відмінності в епігенетичних профілях. Вивчення таких варіацій у близнюків, які розвивають різні захворювання, допомагає вченим зрозуміти механізми, що лежать в основі різноманітних станів.

Близнюки є унікальною моделлю та цікавим природним експериментом, пояснює Белл. Їх використовують протягом десятиліть для розуміння того, якою мірою генетичні та екологічні фактори впливають на людські риси. Попри спільні послідовності ДНК, монозиготні близнюки відрізняються схильністю до захворювань та широким спектром поведінкових особливостей.

Щоб краще зрозуміти причини цих відмінностей, Тім Спектор, генетичний епідеміолог з Королівського коледжу Лондона, створив у 1992 році реєстр TwinsUK, який сьогодні включає понад 15 тисяч однояйцевих та різнояйцевих близнюків з усієї Великої Британії. Відтоді науковці створили інші когорти близнюків, зокрема в Скандинавії та Австралії. Серед інших методів вони використовують техніки, такі як бісульфітне секвенування, електрофорез та секвенування хроматинової імунопреципітації для аналізу патернів епігенетичних модифікацій у генетичних зразках близнюків з цих когорт.

У дослідженні, опублікованому в 2005 році, Спектор та його колеги виміряли та картографували хімічні зміни, такі як метилювання ДНК та ацетилювання гістонів, у 80 монозиготних близнюків. Це виявило відмінності як у вмісті, так і в розподілі епігенетичних модифікацій, що впливає на їхній портрет експресії генів. Більше того, старші пари близнюків демонстрували більше відмінностей порівняно з молодшими, що вказує на те, що хоча близнюки народжуються з епігенетичними змінами, вони також накопичуються з часом.

Усвідомлюючи релевантність епігенетичних маркерів для ідентифікації прогностичних, діагностичних або терапевтичних цілей, кілька дослідницьких груп вирішили вивчати монозиготних близнюків. Белл та її колеги проаналізували епігеноми близнюків, один з яких розвинув рак молочної залози, а інший ні.

У пацієнтів з раком молочної залози вони ідентифікували гіперметилювання в гені, пов'язаному з пригніченням пухлин. Вони також виявили цю модифікацію в зразках, взятих за роки до діагностики пухлини, що вказує на її корисність як епігенетичного біомаркера захворювання. Інша група подібним чином виявила відмінності в метилюванні гена, пов'язаного з раком, аналізуючи випадок, коли один близнюк згодом захворів на лейкемію та вторинний рак щитоподібної залози.

Окрім раку, Белл та інші також виявили епігенетичні відмінності, пов'язані з ожирінням, метаболічними захворюваннями та діабетом другого типу, вивчаючи пари близнюків, де один з братів або сестер розвинув стан, а інший ні.

Белл зазначає, що ці механізми можуть впливати на шляхи захворювань або бути причинними для захворювання, але це також можуть бути механізми, які відбуваються після того, як людина захворіє. Їхня робота ідентифікує зміни, пов'язані із захворюванням, але потрібні додаткові дослідження, щоб з'ясувати, що саме є рушійною силою.

Оскільки дослідники все більше розуміють, як монозиготні близнюки відрізняються один від одного, вони також застосовують ці знання в криміналістиці. Белл згадує, що працівники правоохоронних органів зверталися до колеги з питанням, чи можуть вони розрізнити пару однояйцевих близнюків, підозрюваних у злочині, використовуючи епігенетику.

Однак епігенетика не дає повної картини, застерігає Белл. У майбутньому вона сподівається, що науковці поєднають інформацію про функцію генів та дані рівня білків разом з епігенетикою для кращого розуміння механізмів захворювань. Потрібно відійти від моделі простого вивчення епігенетики та проводити більш інтегративні дослідження.

Відкриття епігенетичних відмінностей між однояйцевими близнюками відкриває нові можливості для розуміння біології захворювань та діагностики. Ці дослідження демонструють, що навіть при ідентичній ДНК люди можуть мати різні епігенетичні профілі, які впливають на їхнє здоров'я та схильність до різних станів. Це має важливі наслідки як для медицини, так і для криміналістики, показуючи складність генетичної ідентичності людини.