Цілий ряд фізіологічних та анатомічних ознак залежить від повторів у нашій ДНК, що збільшують розміри білків.
У нас є цілий ряд ознак, які явно передаються у спадок, але незрозуміло, як саме. Це схильність до деяких хвороб, якісь особливості поведінки, і навіть зростання - у високих батьків з великою часткою ймовірності виросте висока дитина, але які саме генетичні особливості тут спрацьовують? Звичайно, немає якогось одного «гена зростання», зростання залежить від багатьох генів, але навіть маючи на руках ці гени, не завжди зрозуміло, що саме в них впливає на зростання.
Коли говорять про вплив гена на ту чи іншу ознаку, то мають на увазі, що один і той же ген завжди існує в різних варіаціях. Тобто якщо людині дістався якийсь один варіант гена, то людина виросте невисоким, а якщо інший варіант гена - то високим. Під варіантами зазвичай розуміють точкові заміни генетичних букв - нуклеотидних підстав у ДНК. Гени, як відомо, зашифровані в ДНК послідовністю чотирьох нуклеотидних підстав, і ось якщо одна, або дві, або більше підстав раптом поміняються на інші, то ген, загалом, буде кодувати той же білок з тими ж функціями, але працювати цей білок буде трохи інакше. (А якщо він буде працювати зовсім інакше, у нас почнуться великі проблеми, і можна буде говорити про хвороботворні мутації.) Для простоти ми говоримо зараз про гени, що кодують білки, хоча для повноти картини потрібно ще згадати про гени, які кодують самостійні молекули РНК, які самі по собі грають велику роль у житті клітини, а також про особливі ділянки ДНК, які взагалі нічого не кодують, але керують активністю генів.
І ось якщо зосередитися на пошуку таких нуклеотидних замін (які називаються SNP - single nucleotide polymorphisms, поліморфізм по одиночних нуклеотидах), то розгадати спадковість по зростанню буде важко. Ми, звичайно, знайдемо багато нуклеотидних замін в генах, що впливають на зростання, але ці заміни часто виявляються різними у однаково високих батьків і дітей. І навіть з урахуванням того, що зростання залежить від багатьох генів, знайти відповідності в спадкуванні зростання і SNP буде дуже важко.
Але крім замін нуклеотидів, з ДНК можуть відбуватися й інші цікаві речі. Генетичний механізм спадкування зростання стає набагато яснішим, якщо врахувати тандемні повтори ділянок в ДНК в межах одного гена. Тандемний повтор - це коли шматок генетичного тексту копіюється встик з оригіналом. Можна навести аналогію з текстом: уявімо, що фраза «Завтра очікуються дощі» перетворилася на «Завтра очікуються очікуються дощі» - фрагмент літерної послідовності скопіювався двічі і утворив тандемний повтор.
Такий повтор може бути одноразовим, дворазовим, триразовим і т. д. для одного і того ж гена. Тепер у цього гена є різні варіанти, що відрізняються за тандемними повторами (причому і самі повтори можуть бути з різних ділянок гена). Білок, який буде синтезований з такого гена, виявиться більше: якщо без повторів, припустимо, в ньому була 1000 амінокислот, то з повторами - 2000. Не всі білки витримують таке укрупнення, все-таки їх функції залежать від послідовності амінокислот. Але є й такі, які не псуються, не ламаються, а продовжують працювати, тільки тепер вони працюють трохи інакше.
Аналіз варіабельності за тандемними повторами міг би розкрити спадкові нитки для багатьох ознак, але проблема в тому, що шукати такі повтори в ДНК донедавна було досить важким завданням. У чому саме тут труднощі - предмет для окремої розмови. Однак останнім часом стали з'являтися роботи, автори яких цілком успішно і за допомогою різних підходів аналізують тандемні повтори в одних і тих же генах у різних людей. Одна з таких статей щойно вийшла в Science - в ній співробітники Інституту Броуда застосували статистичні методи до 118 послідовностей ДНК, які кодують ті чи інші білки. Ці 118 послідовностей (грубо кажучи, генів), були взяті з геномів понад 400 тис. осіб, про яких було також відомо, якого вони зростання, який рівень ліпопротеїнів у них в крові, який рівень сечовини і безліч інших медичних і немедичних даних.
Дослідники знайшли дев'ятнадцять ознак, які сильно залежали від тандемних повторів у генах. Серед цих ознак був і рівень ліпопротеїнів у крові, і деякі особливості роботи нирок, і ймовірність подагри, і зростання. Залежно від довжини тандемних повторів у гені ACAN зростання різних людей могло відрізнятися на 3,2 см. Білок аггрекан, закодований в гені ACAN, працює в міжклітинному матриксі - речовині, яка заповнює простір між клітинами. Аггрекан утримує воду в матриксі, і відомо, що великий аггрекан утримує більше води. Як це впливає на зростання, поки неясно, але зв'язок між збільшується через тандемні повтори аггреканом і зростанням цілком очевидний.
Справа тут, звичайно, не стільки в зрості, скільки в інших ознаках, на які впливають тандемні повтори в генах. Рівень ліпопротеїнів у крові може вказувати на ризик атеросклерозу, особливості роботи нирок можуть обернутися регулярними діалізними процедурами, і якщо генетики навчаться дешево і швидко аналізувати ці самі тандемні повтори в геномі людини, багато хто з нас зможе вжити необхідних заходів до того, як до них прийде справжня хвороба.