W największym skrócie, epigenetyka to zgłębianie dziedzicznych zmian w poziomie ekspresji genów, które nie są spowodowane zmianami w sekwencji DNA. Takimi zmianami mogą być: metylacja cytozyny zawartej w DNA, albo modyfikacja histonów, czyli białek odpowiedzialnych za strukturę chromatyny. Jak się okazuje, nie wystarczy posiadanie „dobrych genów”, ważne jest również, aby były one aktywne w odpowiednim momencie, czyli kiedy są potrzebne.
Sama możliwość dziedziczenia efektów mających wpływ na fenotyp, a niepowiązanych bezpośrednio z sekwencją DNA, spotkała się na samym początku z dużym zainteresowaniem (jak i niedowierzaniem) biologów i genetyków. Epigenetyka jako pierwsza zaoferowała rozwiązanie problemu „brakującej dziedziczności” (z ang. ‘missing heritability’ problem). Problem polegał na tym, że pojedyncze geny nie mogą odpowiadać za wiele dziedzicznych chorób. Płynął z tego wniosek, że skłonność danej osoby do określonej choroby, może być zależna nie tylko od genów znajdujących się na pierwszym planie, ale też wielu genów w tle. Dopiero epigenetyczny model dziedziczenia dostarczył spójnego wytłumaczenia tego zjawiska.
Obecnie wiele zespołów naukowców na całym świecie zajmuje się zagadnieniami związanymi z epigenetyką. Dowiedziono na przykład, że jedzenie spożywane przez ojca ma wpływ na sposób, w jaki jego potomstwo metabolizuje tłuszcze, chociaż na razie na modelu zwierzęcym. Badacze wykorzystali samce myszy, które karmiono ściśle określoną dietą od momentu, kiedy były w stanie odżywiać się samodzielnie do momentu osiągnięcia przez nie dojrzałości seksualnej. Kolejnym etapem eksperymentu była przebadanie ich potomstwa. Udało się dowieść różnicy w ekspresji 445 genów pomiędzy potomstwem myszy karmionych specjalną dietą a grupą kontrolną, w tym odpowiedzialnych za metabolizm cholesterolu i innych tłuszczów.
W podobnych badaniach udowodniono wpływ zanieczyszczeń ze środowiska na stan organizmu szczurów. Badacze z uniwersytetu stanu Waszyngton dowiedli, że istnieje możliwość powiązania międzypokoleniowego przekazywania chorób jajników z czynnikami epigenetycznymi. W trakcie eksperymentów brano pod uwagę takie substancje jak: pestycydy, środki grzybobójcze, czy dioksyny. Uzyskane rezultaty wykazały, że trzy kolejne pokolenia szczurów ucierpiały z powodu narażenia pierwszej grupy na te czynniki, w efekcie wytwarzając mniejszą ilość pęcherzyków jajnikowych.
Inne badania wykazały wpływ czynników epigenetycznych na mechanizmy związane z uzależnieniem od leków. Uważa się, że zmiany w ekspresji genów w ośrodku przyjemności w mózgu najprawdopodobniej mają wpływ na patogenezę i trwałość uzależnienia od niektórych substancji chemicznych. Po raz kolejny wykorzystując model zwierzęcy, naukowcy doszli do wniosku, że nadużywanie leków w powiązaniu z czynnikami środowiskowymi (jak na przykład stres), przekładają się na zmiany w poziomach ekspresji niektórych genów w neuronach.
Badania tego typu bardzo trudno przeprowadzić na ludziach, pomijając nawet kwestie etyczne i koncentrując się na czystko praktycznych. Wymagałyby one monitorowana określonej grupy ludzi przez długi okres czasu (dużo dłuższy niż w przypadku gryzoni), a następnie ich dzieci czy nawet wnuków, nie mówiąc już o narzucaniu im przez cały ten czas określonego czynnika będącego obiektem takiego badania, na przykład ścisłej diety. Łatwo można dostrzec jak ogromne jest to wyzwanie.
Poza przedstawionymi tutaj przykładami, epigenetykę wiąże się także z powstawaniem innych rodzajów schorzeń. Związane z nią badania wykazały, że ma ona wpływ na dziedziczenie niektórych chorób psychicznych, jak i zaburzeń funkcji poznawczych. Wiele badań prowadzi się w celu dowiedzenia epigenetycznych przyczyn chorób nowotworowych (o tym szerzej w kolejnym artykule). Epigenetyka doprowadza czasem do zaskakujących wniosków, ale zdarza się, że udziela odpowiedzi na dawno postawione pytanie pozostawione do tej pory bez wyjaśnienia.
Przeczytaj również:
Sekwencja DNA to nie wszystko, resztą zajmuje się epigenetyka
Komórka pozbawiona membrany służy pomocą w badaniach nad podziałami komórki
red. Tomasz Domagała
Portal Biotechnologia.pl
Źródła:
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2710163/
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2753378/
Dmitrzak‑Węglarz M., Hauser J. (2009) Mechanizmy epigenetyczne w chorobach psychicznych i zaburzeniach funkcji poznawczych
KOMENTARZE