Читаем The Epigenetics Revolution полностью

The most useful mouse model for exploring how epigenetic changes can lead to phenotypic differences between genetically identical individuals is called the agouti mouse. Normal mice have hair which is banded in colour. The hair is black at the tip, yellow in the middle and black again at the base. A gene called agouti is essential for creating the yellow bit in the middle, and is switched on as part of a normal cyclical mechanism in mice.

There is a mutated version of the agouti gene (called a) which never switches on. Mice that only have the a, mutant version of agouti have hair which is completely black. There is also a particular mutant mouse strain called Avy, which stands for agouti viable yellow. In Avy mice, the agouti gene is switched on permanently and the hair is yellow through its entire length. Mice have two copies of the agouti gene, one inherited from the mother and one from the father. The Avy version of the gene is dominant to the a version, which means that if one copy of the gene is Avy and one is a, the Avy will ‘overrule’ a and the hairs will be yellow throughout their length. This is all summarised in Figure 5.2.

Figure 5.2 Hair colour in mice is affected by the expression of the agouti gene. In normal mice, the agouti protein is expressed cyclically, leading to the characteristic brindled pattern of mouse fur. Disruption of this cyclical pattern of expression can lead to hairs which are either yellow or black throughout their length.


Scientists created a strain of mice that contained one copy of Avy and one copy of a in every cell. The nomenclature for this is Avy/a. Since Avy is dominant to a, you would predict that the mice would have completely yellow hair. Since all the mice in the strain are genetically identical, you would expect that they would all look the same. But they don’t. Some have the very yellow fur, some the classic mouse appearance caused by the banded fur, and some are all shades in-between, as shown in Figure 5.3.

Figure 5.3 Genetically identical mice showing the extent to which fur colour can vary, depending on expression of the agouti protein. Photo reproduced with the kind permission of Professor Emma Whitelaw.


This is really odd, since the mice are all genetically exactly the same. All the mice have the same DNA code. We could argue that perhaps the differences in coat colour are due to environment, but laboratory conditions are so standardised that this seems unlikely. It’s also unlikely because these differences can be seen in mice from the same litter. We would expect mice from a single litter to have very similar environments indeed.

Of course, the beauty of working with mice, and especially with highly inbred strains, is that it’s relatively easy to perform detailed genetic and epigenetic studies, especially when we already have a reasonable idea of where to look. In this case, the region to examine was the agouti gene.

Mouse geneticists knew how the yellow phenotype was caused in Avy yellow mice. A piece of DNA had been inserted in the mouse chromosome just before the agouti gene. This piece of DNA is called a retrotransposon, and it’s one of those DNA sequences that doesn’t code for a protein. Instead, it codes for an abnormal piece of RNA. Expression of this RNA messes up the usual control of the downstream agouti gene and keeps the gene switched on continuously. This is why the hairs on the Avy mice are yellow rather than banded.

That still doesn’t answer the question of why genetically identical Avy/a mice had variable coat colour. The answer to this has been shown to be due to epigenetics. In some Avy/a mice the CpG sequences in the retrotransposon DNA have become very heavily methylated. As we saw in the previous chapter, DNA methylation of this kind switches off gene expression. The retrotransposon no longer expressed the abnormal RNA that messed up transcription from the agouti gene. These mice were the ones with fairly normal banded mouse coat colour. On other genetically identical Avy mice, the retrotransposon was unmethylated. It produced its troublesome RNA which messed up the transcription from the agouti gene so that it was switched on continuously and the mice were yellow. Mice with in-between levels of retrotransposon methylation had in-between levels of yellow fur. This model is shown in Figure 5.4.

Перейти на страницу:

Похожие книги

Основы психофизиологии
Основы психофизиологии

В учебнике «Основы психофизиологии» раскрыты все темы, составляющие в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования содержание курса по психофизиологии, и дополнительно те вопросы, которые представляют собой «точки роста» и привлекают значительное внимание исследователей. В учебнике описаны основные методологические подходы и методы, разработанные как в отечественной, так и в зарубежной психофизиологии, последние достижения этой науки.Настоящий учебник, который отражает современное состояние психофизиологии во всей её полноте, предназначен студентам, аспирантам, научным сотрудникам, а также всем тем, кто интересуется методологией науки, психологией, психофизиологией, нейронауками, методами и результатами объективного изучения психики.

Юрий Александров , Юрий Иосифович Александров , Людмила Александровна Дикая , Игорь Сергеевич Дикий

Детская образовательная литература / Биология, биофизика, биохимия / Биология / Книги Для Детей / Образование и наука
Происхождение мозга
Происхождение мозга

Описаны принципы строения и физиологии мозга животных. На основе морфофункционального анализа реконструированы основные этапы эволюции нервной системы. Сформулированы причины, механизмы и условия появления нервных клеток, простых нервных сетей и нервных систем беспозвоночных. Представлена эволюционная теория переходных сред как основа для разработки нейробиологических моделей происхождения хордовых, первичноводных позвоночных, амфибий, рептилий, птиц и млекопитающих. Изложены причины возникновения нервных систем различных архетипов и их роль в определении стратегий поведения животных. Приведены примеры использования нейробиологических законов для реконструкции путей эволюции позвоночных и беспозвоночных животных, а также основные принципы адаптивной эволюции нервной системы и поведения.Монография предназначена для зоологов, психологов, студентов биологических специальностей и всех, кто интересуется проблемами эволюции нервной системы и поведения животных.

Сергей Савельев , Сергей Вячеславович Савельев

Биология, биофизика, биохимия / Зоология / Биология / Образование и наука
Энергия, секс, самоубийство. Митохондрии и смысл жизни
Энергия, секс, самоубийство. Митохондрии и смысл жизни

Испокон веков люди обращали взоры к звездам и размышляли, почему мы здесь и одни ли мы во Вселенной. Нам свойственно задумываться о том, почему существуют растения и животные, откуда мы пришли, кто были наши предки и что ждет нас впереди. Пусть ответ на главный вопрос жизни, Вселенной и вообще всего не 42, как утверждал когда-то Дуглас Адамс, но он не менее краток и загадочен — митохондрии.Они показывают нам, как возникла жизнь на нашей планете. Они объясняют, почему бактерии так долго царили на ней и почему эволюция, скорее всего, не поднялась выше уровня бактериальной слизи нигде во Вселенной. Они позволяют понять, как возникли первые сложные клетки и как земная жизнь взошла по лестнице восходящей сложности к вершинам славы. Они показывают нам, почему возникли теплокровные существа, стряхнувшие оковы окружающей среды; почему существуют мужчины и женщины, почему мы влюбляемся и заводим детей. Они говорят нам, почему наши дни в этом мире сочтены, почему мы стареем и умираем. Они могут подсказать нам лучший способ провести закатные годы жизни, избежав старости как обузы и проклятия. Может быть, митохондрии и не объясняют смысл жизни, но, по крайней мере, показывают, что она собой представляет. А разве можно понять смысл жизни, не зная, как она устроена?16+

Ник Лэйн

Биология, биофизика, биохимия / Биология / Образование и наука
Логика случая. О природе и происхождении биологической эволюции
Логика случая. О природе и происхождении биологической эволюции

В этой амбициозной книге Евгений Кунин освещает переплетение случайного и закономерного, лежащих в основе самой сути жизни. В попытке достичь более глубокого понимания взаимного влияния случайности и необходимости, двигающих вперед биологическую эволюцию, Кунин сводит воедино новые данные и концепции, намечая при этом дорогу, ведущую за пределы синтетической теории эво люции. Он интерпретирует эволюцию как стохастический процесс, основанный на заранее непредвиденных обстоятельствах, ограниченный необходимостью поддержки клеточной организации и направляемый процессом адаптации. Для поддержки своих выводов он объединяет между собой множество концептуальных идей: сравнительную геномику, проливающую свет на предковые формы; новое понимание шаблонов, способов и непредсказуемости процесса эволюции; достижения в изучении экспрессии генов, распространенности белков и других фенотипических молекулярных характеристик; применение методов статистической физики для изучения генов и геномов и новый взгляд на вероятность самопроизвольного появления жизни, порождаемый современной космологией.Логика случая демонстрирует, что то понимание эволюции, которое было выработано наукой XX века, является устаревшим и неполным, и обрисовывает фундаментально новый подход – вызывающий, иногда противоречивый, но всегда основанный на твердых научных знаниях.

Евгений Викторович Кунин

Биология, биофизика, биохимия