W latach osiemdziesiątych dwudziestego wieku, szwedzki naukowiec dr Lars Olov Bygren zaczął zastanawiać się nad wpływem nietypowej diety na zdrowie dzieci ze specyficznego rejonu Szwecji o nazwie Norbotten. Mianowicie chodziło o długoterminowy wpływ diety na przemian obfitej i ubogiej na przestrzeni lat, z którą miały do czynienia nie tyle dzieci, co wcześniejsza populacja Norbotten, czyli ich rodzice, dziadkowie i tak dalej. Dr Bygren i jego zespół wyselekcjonowali grupę 99 odpowiednich osób z tego rejonu i używając dokumentacji historycznej udało im się określić ich przodków, oraz to, ile pożywienia było w ich zasięgu w latach młodości.

W 1986 roku naukowiec opublikował pierwszy ze swoich artykułów, który wstrząsnął światem genetyki. Udowadniał w nim, że jeżeli kobieta w czasie ciąży źle się odżywiała, to może to wpłynąć na zwiększenie ryzyka zachorowalności na choroby układu krążenia u jej dziecka. Domniemywał również, że styl życia czy inne doświadczenia rodziców sprzed zajścia matki w ciążę mogą mieć wpływ na potomstwo.

Dlaczego pomysł dr Bygrena był taki przełomowy? Ówczesna biologia mówiła, że żadne zachowania czy wybory podejmowane w trakcie życia nie mogą wpłynąć w żaden sposób na DNA. Wiadomo było, że na przykład palenie tytoniu może przyczynić się do skrócenia życia, albo, że zła dieta może spowodować otyłość i związane z nią dolegliwości, ale zmiany w materiale genetycznym to już inny wymiar konsekwencji. Teorie dr Bygrena stwierdzały, że ewentualne zmiany na tym tle mogą być odziedziczone przez potomstwo. Dodatkowo, biologia nie zakładała, że taki czynnik jak uwarunkowania środowiskowe może wpływać na zmiany w genach jakiegokolwiek gatunku w tak krótkim przedziale czasowym – epigenetyka mówiła o zmianie następującej z pokolenia na pokolenie. Nie było to zgodnie z założeniami teorii ewolucji Darwina, mówiącej, że zmiany ewolucyjne zachodzą na przestrzeni milionów lat. Takie właśnie przełomowe spojrzenie na kwestię dziedziczenia podzieliło naukowców na całym świecie.

Dzisiaj znamy już naturę zmian epigenetycznych. Czy można powiedzieć, że wiemy już na ten temat wszystko? Na pewno nie. Wiadomo, że zmiany o charakterze epigenetycznym mogą wpływać na chromatynę. Jej kondensacja następuje na skutek metylacji cytozyny (zachodzi jej przemiana w 5‑metylocytozynę). Temu zjawisku towarzyszy deacetylacja histonów w nieaktywnej chromatynie. Konsekwencją kondensacji chromatyny jest osłonięcie znajdującej się w jej obszarze genów, co z kolei znacząco utrudnia proces transkrypcji - geny pozostają nieaktywne. Powstawanie 5‑metylocytozyny stwarza możliwość dalszych komplikacji. Mianowicie może ona ulec deaminacji, co przeistoczy ją w tyminę, tworząc w sekwencji DNA nieprawidłowe pary GT, a od takich anomalii prostą drogą można dojść do mutacji.

Od lewej: cytozyna i 5‑metylocytozyna

Metylacja cytozyny jest szczególnie istotna, jeśli dochodzi do niej w obszarach nazywanych wyspami CpG. Są to obszary DNA bogate w cytozynę i guaninę, które znajdują się na początku wielu genów. Uważa się, że wyspy CpG pełnią funkcję regulacyjną - poziom metylacji cytozyny w tych regionach prawdopodobnie odpowiada za poziom ekspresji połączonego z daną wyspą genu. Wszelkie anomalie wywołane zmianami epigenetycznymi mogą mieć zatem wpływ na poziom ekspresji takich genów.

Zgłębianie tajemnic epigenetyki przynosi obecnie wymierne rezultaty. Na rynku już od pewnego czasu są dostępne leki, które bazują na jej założeniach, na przykład wspomagając aktywność "uciszonych" epigenetycznie antyonkogenów (użyteczne w walce z rakiem). Możliwe stały się również badania nad przyczynami powstawanie niektórych schorzeń. Prowadzi się obecnie prace badawcze nad genami mogącymi mieć wpływ na rozwój takich chorób jak autyzm, schizofrenia, cukrzyca czy też Alzheimer. Jeśli uda się zrozumieć przyczyny ich powstawania, być może leczenie ich stanie się możliwe.

Jak na tak młodą dziedzinę nauki, epigenetyka cieszy się ogromnym zainteresowaniem naukowców. Dawniej - bardzo kontrowersyjna; obecnie - większość naukowców w obliczu coraz to większej ilości dowodów wykazujących jej słuszność, uznało ją za fakt, przekuwając swoje wątpliwości w rosnącą fascynację możliwościami, które otwiera ona przed światem nauki. Czy rozwój epigenetyki umożliwi skuteczną walkę z chorobami, przeciw którym medycyna nie potrafi skutecznie chronić? Czy istnieje możliwość, że całkowicie przestaną one być problemem ludzkości? Epigenetyka daje taką nadzieję.

Przeczytaj również:

red. Tomasz Domagała
Portal Biotechnologia.pl

Źródła:

http://www.time.com/time/magazine/article/0,9171,1952313,00.html

http://www.hopkinsmedicine.org/press/2002/november/epigenetics.htm

Winter P.C., Hickey G.I., Fletcher H.L. (2009) Krótkie wykłady Genetyka 374-381