Эпигенетические различия у однояйцевых близнецов приводят к разным профилям экспрессии генов. Источник изображения:©iStock.com, BorupFoto

2004 году полиция Мичигана обнаружила, что ДНК, взятая с места преступления, совпадает с ДНК Джерома Купера, известного преступника. Но дело, которое казалось очевидным, усложнилось, когда полицейские выяснили, что брат Купера его идентичный близнец Тайрон также находился в этом районе во время преступления.¹

Будучи монозиготными близнецами, развившимися из одной оплодотворённой яйцеклетки, которая разделилась на два эмбриона, Джером и Тайрон имеют идентичные последовательности ДНК. Оба брата отрицали свою причастность к преступлению, поэтому дело осталось нераскрытым. В подобных случаях на протяжении всей истории однояйцевые близнецы избегали наказания за преступления из-за неубедительных генетических доказательств.

«На самом деле существует множество факторов, которые отличают однояйцевых близнецов друг от друга», — говорит Джордана Белл, исследовательница в области эпигеномики из Королевского колледжа Лондона. За последние несколько лет Белл и другие исследователи обнаружили, что у монозиготных близнецов наблюдаются значительные различия в эпигенетических профилях.^3,4 Изучение таких различий у близнецов, у которых развиваются разные заболевания, может помочь учёным понять механизмы, лежащие в основе различных состояний.

Естественный «эксперимент»: природа против воспитания

“Близнецы - это действительно уникальная модель и действительно интересный вид естественного эксперимента”, - сказал Белл. “Их использовали веками, чтобы понять, в какой степени генетические факторы и факторы окружающей среды влияют на человеческие черты”. На протяжении десятилетий исследователи наблюдали, что, несмотря на общие последовательности ДНК, монозиготные близнецы различались по восприимчивости к болезням и широкому спектру поведенческих особенностей.

Чтобы лучше понять почему, Тим Спектор, генетический эпидемиолог из Королевского колледжа Лондона, в 1992 году создал реестр TwinsUK, в котором сегодня зарегистрировано более 15 000 однояйцевых и разнояйцевых близнецов со всей Великобритании. С тех пор учёные сформировали другие группы близнецов, в том числе в Скандинавии и Австралии.⁵ Помимо прочих методов, они используют такие технологии, как бисульфитное секвенирование, электрофорез и секвенирование иммунопреципитации хроматина, для анализа паттернов эпигенетических модификаций в генетических образцах, полученных от близнецов из этих групп.

В исследовании, опубликованном в 2005 году, Спектор и его коллеги измерили и нанесли на карту химические изменения, такие как метилирование ДНК и ацетилирование гистонов, у 80 монозиготных близнецов.⁴ Это позволило выявить различия как в содержании, так и в распределении эпигенетических модификаций, влияющих на экспрессию генов. Более того, у пар близнецов старшего возраста было больше различий, чем у пар близнецов младшего возраста, что указывает на то, что близнецы рождаются с эпигенетическими изменениями, которые со временем накапливаются.

Эпигенетические различия у однояйцевых близнецов позволяют лучше понять биологию заболеваний и методы диагностики

Осознавая важность эпигенетических маркеров для определения прогностических, диагностических или терапевтических целей, несколько исследовательских групп приступили к изучению монозиготных близнецов. Белл и её коллеги проанализировали эпигеномы близнецов, у одного из которых развился рак молочной железы, а у другого — нет.

У пациенток с раком молочной железы они выявили гиперметилирование гена, связанного с подавлением опухоли.⁶ Они также обнаружили эту модификацию в образцах, взятых за несколько лет до постановки диагноза, что указывает на её полезность в качестве эпигенетического биомаркера заболевания. Другая группа исследователей аналогичным образом обнаружила различия в метилировании гена, связанного с раком, при анализе случая, когда у одного из близнецов развилась лейкемия и вторичный рак щитовидной железы.⁷

Помимо рака, Белл и другие учёные обнаружили эпигенетические различия, связанные с ожирением, нарушениями обмена веществ и диабетом 2-го типа, изучая пары близнецов, у одного из которых развилось заболевание, а у другого — нет.^8,9

«Это могут быть механизмы, которые влияют на развитие болезни или [являются] причиной болезни, но это также могут быть механизмы, которые запускаются после того, как вы [заболели]», — сказал Белл. «Таким образом, наша работа выявляет изменения, связанные с болезнью, но... чтобы понять, что за чем следует, нужны дополнительные исследования».

По мере того как исследователи всё лучше понимают, чем монозиготные близнецы отличаются друг от друга, они начинают применять эти знания в криминалистике.¹⁰ Белл вспоминает, как сотрудники правоохранительных органов обратились к его коллеге с вопросом, можно ли с помощью эпигенетики отличить пару однояйцевых близнецов, подозреваемых в преступлении.

Но эпигенетика не даёт полной картины, предупреждает Белл. В будущем, по её мнению, учёные будут сочетать информацию о функциях генов и данные об уровне белков с эпигенетическими исследованиями, чтобы лучше понимать механизмы развития заболеваний. «Нужно отойти от модели, в которой рассматривается только эпигенетика, и проводить более комплексные исследования».

1. Джоблинг М.А. Двойная проблема. Investig Genet. 2013;4(1):12.
2. Кравчак М. и др. Генетическое различие между зародышевыми линиями монозиготных близнецов мужского пола. PLoS Genet. 2018;14(12):e1007756.
3. Белл Дж. Т., Спектор Т. Д. Двойной подход к изучению эпигенетики. Trends Genet. 2011;27(3):116-125.
4. Фрага М. Ф. и др. Эпигенетические различия возникают в течение жизни у монозиготных близнецов. Труды Национальной академии наук США. 2005;102(30):10604-10609.
5. Каприо Дж. Финское когортное исследование близнецов: обновленная информация. Twin Res Hum Genet. 2013;16(1):157-162.
6. Хейн Х. и др. Профилирование метилирования ДНК у однояйцевых близнецов с разным типом рака молочной железы выявило DOK7 как новый эпигенетический биомаркер. Канцерогенез. 2013;34(1):102-108.
7. Галецка Д. и др. Монозиготные близнецы с разным уровнем конститутивного BRCA1 метилирования промотора, детского рака и вторичного рака. Эпигенетика. 2012;7(1):47-54.
8. Хейккинен А. и др. Анализ пар близнецов выявил связь между метилированием ДНК, количеством митохондриальной ДНК и ожирением. Nat Commun. 2025;16(1):4374.
9. Кристиансен К. и др. Профилирование с повышенным разрешением у близнецов выявило дифференциальные признаки метилирования при диабете 2-го типа, связанные с его осложнениями. eBioMedicine. 2024;103:105096.
10. Видаки А., Кайзер М. От судебной эпигенетики к судебной эпигеномике: расширение возможностей ДНК-экспертизы. Геномная биология. 2017;18(1):238.