Epigenetyka – na czym polega dziedziczenie epigenetyczne?

Czym jest epigenetyka?

Epigenetyka to nauka zajmująca się badaniem modyfikacji ekspresji genów, które nie powodują zmian sekwencji nukleotydów w DNA. Mechanizmy epigenetyczne obejmują oddziaływanie wielu czynników środowiskowych na działanie genów. Te czynniki zewnętrzne to m.in.: wpływ diety na organizm, aktywność fizyczna, silny stres.

Dzisiaj nikogo nie dziwi już, że procesy epigenetyczne mają wpływ na aktywność genów już na wczesnym etapie dzieciństwa. Determinują nie tylko rozwój organizmu, ale także występowanie różnego rodzaju schorzeń, w tym chorób nowotworowych.

W odróżnieniu od klasycznej genetyki, epigenetyka nie zajmuje się zmianami w obrębie ekspresji genów wynikającymi z transkrypcji i translacji, ale chemicznymi modyfikacjami materiału biologicznego. W kręgu jej zainteresowań znajdują się takie procesy, jak: metylacja DNA, acetylacja czy ubikwitynacja. Jako przykład naturalnej modyfikacji w biologii molekularnej można podać metylację DNA, która ogranicza ekspresję danego genu poprzez limitowanie dostępu do niego czynnika transkrypcyjnego.

Do innych czynników, które mają wpływ na odczyt materiału genetycznego, należą np. niekodujące RNA czy modyfikacje białek histonowych.

Na czym polega dziedziczenie epigenetyczne?

Teoretycznie w toku tworzenia się komórek płciowych u nowego organizmu dziedziczony wzór metylacji DNA jest usuwany. Dzięki temu zarodek otrzymuje „czysty” materiał genetyczny zarówno od matki, jak i od ojca. Wskazuje się jednak na zjawisko określane mianem imprintingu, czyli piętnowania.

Geny piętnowane nie będą poddane ekspresji lub jedynie w niewielkim stopniu, przy czym po każdym z rodziców imprinting dotyczy innych genów i jest związany z płcią. Dzięki naznaczeniom genetycznym ewolucja dba o większą zmienność w obrębie gatunków i zapobiega partenogenezie, czyli dzieworództwu (możliwość rozmnażania się organizmów pomimo braku zapłodnienia).

Naznaczenie genetyczne powoduje, że ekspresja piętnowanego genu następuje wyłącznie z jednego spośród dwóch chromosomów rodzicielskich. Zaburzenie mechanizmu imprintingu powoduje bardzo poważne choroby genetyczne, np. Zespół Angelmana, zaśniad groniasty czy potworniaki jajnika.

Czy istnieje dziedziczenie międzypokoleniowe?

Aby zobrazować, jak istotne znaczenie mają czynniki zewnętrzne na nasze organizmy, warto uświadomić sobie, że modyfikacje epigenetyczne mogą prowadzić do utrwalenia pewnych wzorców zachowań lub skłonności, choć pozornie nie ma ku temu przyczyn. Badania potwierdzają, że zaniedbanie dziecka na etapie wczesnego dzieciństwa prowadzi do trwałych zmian w obrębie hipokampu i problemów w radzeniu sobie ze stresem w przyszłości.

Do jeszcze bardziej zaawansowanych wniosków doprowadziły badaczy testy z udziałem myszy laboratoryjnych. Zwierzęta rażono prądem przy jednoczesnej ich ekspozycji na konkretny zapach. Okazało się, że u ich potomstwa (które nigdy wcześniej nie zetknęło się z danymi bodźcami) ta sama woń budziła lęk, ponieważ doszło do przekazania „zmodyfikowanych” genów, które były odpowiedzialne za wykształcenie się takich, a nie innych reakcji neurologicznych.

Jaki wniosek płynie z opisanych badań? Okazuje się, że czynniki epigenetyczne, które występują u rodziców, mogą przyczynić się do wystąpienia określonych chorób u dzieci. Dotyczy to np. skłonności do chorób psychicznych, jak depresja.

Warto jednak pamiętać, że diagnostyka epigenetyczna wciąż się rozwija i bardzo łatwo o przypisanie skutku do błędnie ustalonej przyczyny. W wielu przypadkach trudno będzie odpowiedzieć na pytanie, czy np. uraz psychiczny nie jest wynikiem przeżyć danej osoby i wpływu, jaki wywarło na nią środowisko, oraz czy naprawdę ma związek ze zmianami epigenetycznymi.

Regulacja epigenetyczna w trakcie ciąży

Pary, które planują potomstwo, powinny zadbać o prowadzenie zdrowego trybu życia już od początku starania się o dziecko, a najlepiej z przynajmniej kilkumiesięcznym wyprzedzeniem. Istotne są przede wszystkim zbilansowana dieta oraz przemyślana suplementacja (np. kwas foliowy, witaminy z grupy B, kwas DHA).

Okazuje się, że styl życia i dieta stosowana przez rodziców mogą wywołać trwałe zmiany w organizmie dziecka. Jako przykład można podać palenie papierosów przez ojca, co może przyczynić się do problemów natury psychologicznej u dzieci (trudność ze skupieniem, niższy IQ, skłonność do agresji).

Choroby epigenetyczne

Obecnie duży nacisk kładzie się na unikanie kontaktu przez kobiety w ciąży substancji szkodliwych takich, jak np. ftalany czy bisfenol A. Mogą one prowadzić do zaburzeń w funkcjonowaniu układu hormonalnego dzieci i wielu wadliwości rozwojowych. Zmiany związane z ekspresją genów mogą być przyczyną nowotworów, a także różnego rodzaju chorób przewlekłych.

Czy zmiany epigenetyczne da się odwrócić?

Rodzaje modyfikacji, jakie powstają w organizmie pod wpływem mechanizmów epigenetycznych, są bardzo różne. Kluczowe znaczenie dla ograniczenia negatywnych konsekwencji dla zdrowia czy ograniczenia ryzyka wielu chorób ma zdrowy tryb życia, ale niekiedy to nie wystarczy. Niezwykle prężnie rozwija się farmakoepigenetyka (farmakogenetyka), która oferuje leki zmieniające m.in. stopień metylacji DNA, a co za tym idzie – ekspresji poszczególnych genów. W ten sposób leczy się np. depresję, ostrą białaczkę szpikową czy HIV.

Regulacja epigenetyczna to wciąż otwarta księga medycyny. Można jednak oczekiwać, że w ciągu przyszłych kilku lub kilkunastu lat lepiej zrozumiemy mechanizmy „programowania” komórek.