Czym jest epigenetyka?

Epigenetyka jest dziedziną nauki badającą modyfikacje w funkcjonowaniu genów, zachodzące bez zmian w samej sekwencji DNA. Takie modyfikacje mogą być zaangażowane w rozwój chorób, w tym także cukrzycy. Do głównych mechanizmów epigenetycznych związanych z patogenezą cukrzycy należy metylacja DNA, modyfikacja histonów oraz zmieniona ekspresja genów przez RNA.

Mechanizmy epigenetyczne polegają na wyciszaniu genów, imprintingu i regulacji transkrypcji specyficznych genów podczas różnicowania komórek.

Zachodzi to dzięki metylacji/demetylacji wysp CpG w regionach promotorów, acetylacji/deacetylacji histonów rdzeniowych oraz micro RNA.

Epigenetyczne znaczniki cukrzycy

Według badaczy znaczniki epigenetyczne (np. powstałe w wyniki wpływu czynników zewnętrznych pochodzenia niegenetycznego) znajdują się na genie odpowiedzialnym za spalanie przez komórki paliwa, czyli glukozy oraz lipidów. Dowiedziono ponadto, że znaczniki te znajdują się w mięśniach szkieletowych osób w stanie przedcukrzycowym charakteryzującym się występowaniem podwyższonego stężenia cukru we krwi, jednak niższego niż stężenie odpowiadające znacznikowi cukrzycy. Jeśli nie zostanie podjęte odpowiednie leczenie pacjenta w stanie przedcukrzycowym, cukrzyca typu 2 rozwinie się w ciągu 10 lat. Wyniki tego badania wskazują na to, że zmiany w DNA mogą wskazywać wczesny etap rozwoju choroby.

Środowisko, a nasze geny

Czynniki epigenetyczne to nic innego jak przenikające się nawzajem z czynniki środowiskowe i genetyczne. Dane z badań wskazują, że niedożywienie wewnątrzmaciczne może aktywować niekorzystne mechanizmy epigenetyczne, które w dalszej perspektywie prowadzą do rozwoju cukrzycy w dorosłym wieku. Innym dowodem na takie powiązania może być cukrzyca typu MODY, gdzie sugeruje się mutacje genetyczne jako główne czynniki sprawcze. Jednym z mechanizmów prowadzących do rozwoju cukrzycowego fenotypu jest mutacja genu HNF1alfa, która zaburzając jego funkcję, uniemożliwia hiperacetylację histonów potrzebną do prawidłowej pracy komórek beta.

Dowiedziono, że zmiany o podłożu epigenetycznym powodują szybkie przeprogramowanie działania genu, jednakże nie wywołują zmian w pozostałej sekwencji DNA. Z tego powodu czynniki środowiskowe, takie jak ćwiczenia fizyczne i żywność, wywierają zarówno pozytywny, jak i negatywny wpływ na geny.

Epigenetyka na poziomie molekularnym

U pacjentów z cukrzycą typu 1 wykryto hipermetylowanie grup CpG w genach GAD2 i HLA-DQB1. Z kolei w badaniach nad cukrzycą  typu 2 wykazano, że transkrypcja genu insuliny wymaga, zależnej od białka PDX1, metylacji histonu H3. Mutacje tej proteiny, uniemożliwiające prawidłowe zadziałanie mechanizmów epigenetycznych wiążą się z rozwojem cukrzycy.

Powyższe argumenty dowodzą, że epigenetyczne czynniki mają ogromny wpływ na wytworzeni się tzw. pamięci metabolicznej. Co więcej, ich lepsze zrozumienie może znaleźć zastosowanie w diagnostyce i leczeniu różnych schorzeń, wśród nich także cukrzycy. Dlatego nie jest tajemnicą, że nasza dieta wpływa na etiologię i patogenezę wszelkich chorób związanych z przemianami metabolicznymi glukozy.

Artykuł powstał na podstawie informacji przedstawionych na gościnnym wykładzie profesora Assam’a El Osty z Epigenetics in Human Health and Disease, Baker IDI Heart and Diabetes Institute, The Alfred Medical Research and Education Precinct, Melbourne, Australia;

Redaktor: Marzena Szwed