Od czasów odkrycia podwójnej helisy DNA i funkcji obecnych na niej genów skupiano się na wpływie kodu genetycznego na cechy, stan zdrowia i wygląd każdej jednostki ludzkiej. Jednak ponad 20 lat temu powstała nowa dziedzina nauki nazwana epigenetyką, zajmująca się badaniem zmian aktywności genów nie wynikających ze zmian w kodzie genetycznym.

„Epi” czyli z greckiego „ponad” sugeruje, że epigenetyka jest nauką „ponad genomem”. Informacja epigenetyczna nie dotyczy bowiem samej sekwencji, ale kowalencyjnych modyfikacji DNA, takich jak metylacja cytozyny czy acetylacja białek histonowych i wynikających z nich zmian struktury chromatyny. W praktyce modyfikacje te powodują, że niektóre geny w określonych komórkach są wyciszane lub wyłączane, a w innych następuje wzmocnienie ich ekspresji. Różnice te powodują, że mimo iż każda komórka ludzkiego organizmu posiada taki sam materiał genetyczny, to komórki wątroby różnią się od komórek oka. Tak naprawdę w ludzkim organizmie występuje ponad 210 wyspecjalizowanych typów komórek posiadających tę samą kopię DNA, ale różniących się fenotypowo i/lub funkcjonalnie wskutek zmian epignetycznych.

Najbardziej fascynujące jest jednak to, że zmiany epigenetyczne mogą być przekazywane z pokolenia na pokolenie oraz, że wpływ na nie mają warunki środowiska. Dodatkowo, badania prowadzone w XIX wieku przez dr. Larsa Olova Bygren’a w mroźnym Överkalix, wiosce na północy Szwecji, nie kontaktującej się z resztą kraju, a więc zamieszkałej przez zamkniętą populację, doprowadziły do wniosku, że na zdrowie i długość życia potomstwa mają wpływ również nawyki żywieniowe i styl życia rodziców i przodków jeszcze długo przed narodzinami dziecka. Mechanizmy epigenetyczne mają zatem dobre i złe strony. Aktywny tryb życia naszych rodziców może bowiem zagwarantować nam dobre zdrowie, jednak również złe nawyki żywieniowe czy nałogi wpływają na wzmocnienie ekspresji genów sprzyjających otyłości i obniżenie ekspresji genów odpowiedzialnych za długowieczność.

Idąc dalej tropem kolosalnego znaczenia zmian epigenetycznych na nasz stan zdrowia odkryto, że również choroby mogą być ich następstwem. Wiadomo, że zmiany w ekspresji określonych genów są przyczyną chorób nowotworowych. Mechanizmy epigenetyczne tłumaczą też wiele innych kwestii, takich jak wystąpienie przewlekłej choroby u tylko jednego z bliźniąt jednojajowych, albo też dlaczego autyzm występuje cztery razy częściej u chłopców niż u dziewczynek. Nowojorski zespół naukowy Katalin Susztak skupił się na badaniu struktury modyfikacji chemicznych wpływających na poziom ekspresji genów u pacjentów z przewlekłą chorobą nerek. Porównanie tych zmian z „wzorem epigenetycznym” osób zdrowych przyniosło zaskakujące rezultaty wskazujące, że epigenetyka może wyjaśnić kolejną zagadkę jaką stanowi molekularna przyczyna choroby.

Przewlekła choroba nerek jest stanem utrzymującym się dłużej niż 3 miesiące, w którym nerki nie są w stanie odpowiednio filtrować krwi. Uszkodzenie nerek stwierdza się gdy wskaźnik wielkości przesączania kłębuszkowego (GFR) spada poniżej 60 mililitrów na minutę, podczas gdy wartość GFR u osób zdrowych wynosi powyżej 90 mililitrów na minutę. Długotrwałe zaburzenie pracy nerek może prowadzić do poważnych problemów zdrowotnych, takich jak choroba sercowo-naczyniowa, anemia, czy choroby kości.

Jednocześnie statystyki mówią, że co 10 człowiek na świecie cierpi na przewlekłą chorobę nerek w różnym stadium zaawansowania. Wcześniejsze badania wykazały, że długoterminowy wpływ na wystąpienie schorzenia mają niekorzystne warunki wewnątrzmaciczne i poporodowe, takie jak brak składników odżywczych lub zbyt wysoka waga dziecka, kiedy kobieta w czasie ciąży cierpi na cukrzycę. W badaniach nad cukrzycą i wynikającymi z niej powikłaniami odkryto również, że jeżeli nawet na początku choroby doszło do zaniedbania kontroli poziomu cukru to nawet po 25 latach pacjent należy do grupy osób o podwyższonym ryzyku chorób nerek. Zjawisko to nazwano „efektem pamięci metabolicznej” – komórki „zapamiętują” bowiem warunki otaczającego je w przeszłości środowiska.

Dr Susztak badała komórki ludzkich nerek, które fenotypowo były identyczne, jednak znacząco różniły się wzorem metylacji DNA. Okazało się jednak, że różnice te nie występowały w rejonie promotorów genów, ale na obszarach wzmacniających czynników transkrypcyjnych ważnych dla komórek nerkowych. Biorąc pod uwagę, że rejony promotorowe znajdują się blisko genu, który pod nie podlega, natomiast rejony wzmacniające znajdują się w większej odległości od niego, naukowcy doszli do wniosku, że ze względu na metylację „wmacniacza” komórki prawdopodobnie różnie reagują na czynniki stresowe. Okazało się, że  różnica w metylacji genów kodujących kolagen i czynniki wzrostu jest związana ze zwłóknieniem nerek uwarunkowanym już prawdopodobnie na wczesnym etapie rozwoju życia człowieka, ponieważ badane geny Pax2 i Pax8 odgrywają kluczową rolę w rozwoju nerek u płodu. Okazuje się zatem, że rozregulowanie epigenetyczne odgrywa rolę w przewlekłej chorobie nerek poprzez wpływ na szlaki prowadzące do większego zwłóknienia nerek, a co za tym idzie do zaburzenia ich pracy. Identyfikacja genów i białek związanych z patogenezą choroby może pomóc w odkryciu specyficznych dla niej biomarkerów i celów molekularnych dla potencjalnych leków.