Epigenetyka: DNA nie jest naszym przeznaczeniem

Sekwencja DNA jest naszym przeznaczeniem – czy zastanawialiście się kiedyś nad tym stwierdzeniem? Czy rozwój genetyki jest ostatnim krokiem do ostatecznego poznania, kim tak naprawdę jesteśmy?

Wraz z genetyczną rewolucją XX wieku i szybkim rozwojem technologii świat nabrał nadziei na znalezienie odpowiedzi na powyższe pytania. Zapał ten zaowocował wieloma odkryciami, m.in. dlaczego mamy niebieskie oczy, skąd bierze się albinizm i czy każdy z nas może urodzić się z mukowiscydozą. Wisienką na torcie był trwający aż dziesięć lat projekt poznania ludzkiego genomu – ponad 3 miliardy cegiełek (tzw. par zasad) definiujących człowieka zarówno jako gatunek, ale też jako jednostkę.

Po pewnym czasie jednak euforia opadła i naukowcy zaczęli rozważać możliwość, że odkrywanie genów i powiązywanie ich z cechami, chorobami i zachowaniami jest tylko preludium do ułożenia tej niezwykle skomplikowanej układanki, jaką jest Homo sapiens. Jak bowiem wyjaśnimy to, że bliźniaki jednojajowe (posiadające identyczny genom) mogą różnić się fenotypowo i nie zapadać na te same choroby? Albo dlaczego komórki naszego ciała są tak różnorodne, chociaż wywodzą się z tej samej zygoty, powstałej wraz z zapłodnieniem?

Fenomen epigenetyki

Epigenetyka zajmuje się zmianami ekspresji genów niewynikającymi bezpośrednio z mutacji sekwencji DNA, które prowadzą do powstania cech dziedziczonych zarówno wewnątrz- jak i międzypokoleniowo. Wyobraźmy sobie ul z pszczołami. W obrębie jednego roju wszystkie pszczoły są identyczne pod względem genetycznym. W jaki więc sposób z tego samego genomu powstają robotnice, żołnierze i królowe? Odpowiedź jest w diecie: larwy otrzymujące pyłek kwiatowy wykształcają się w robotnice, a te, którym podawane jest mleczko pszczele (eng. royal jelly), stają się królowymi. Jak to możliwe?

Tutaj następuje potrzeba wyjaśnienia, jakie zjawiska składają się na epigenetyczny fenomen. Najbardziej fascynującym mechanizmem epigenetyki jest metylacja DNA, czyli przyłączanie małego „znacznika” bezpośrednio do nukleotydów (części składowych – A, T, C i G) w ciągu DNA. Modyfikacje histonów są kolejnym bardzo ważnym mechanizmem w epigenetyce. Ale czym są histony? To białka, które pomagają w utrzymaniu prawidłowej struktury przestrzennej naszego DNA. Dodanie „znacznika” do histonu spowoduje miejscowe rozluźnienie struktury DNA, a co za tym idzie, zwiększy możliwość wykorzystania tej części cząsteczki.

Dziedziczenie pozagenetyczne

W 2007 r. przełom w polu epigenetyki zaskoczył biologiczny świat. Myszy z genem zwanym Agouti, odpowiedzialnym za żółtą barwę, cukrzycę, otyłość i wynikającą z nich szybką śmierć, podczas eksperymentu karmiono pożywieniem będącym źródłem grup metylowych („znaczników”). Ku ogromnemu zaskoczeniu urodzone potomstwo było brązowe, szczupłe, nie chorowało na cukrzycę i żyło bardzo długo. Gen Agouti nadal istniał w ich komórkach, ale został wyciszony poprzez wspomnianą wcześniej metylację. Co więcej, blokada pojawiła się nawet w kolejnym pokoleniu myszy. Wniosek wysnuto jeden – jesteśmy tym, co jedli nie tylko nasi rodzice, ale także nasi dziadkowie. Idąc dalej tym tropem, okazuje się, że oprócz jedzenia ogromne znaczenie dla rozwoju przyszłych pokoleń ma to, czy palimy papierosy, często się ruszamy, a nawet czy myślimy pozytywnie. Wszystkie te działania wpływają na zmiany naszego epigenomu. Dzisiaj już wiemy, że DNA nie jest naszym przeznaczeniem, chociaż odgrywa olbrzymią rolę w jego kształtowaniu. Genetyka ładuje broń, ale to epigenetyka pociąga za spust.

Aktywność genów a cukrzyca

Cukrzyca jest chorobą przewlekłą wywołaną przez dziedziczny lub/i nabyty niedobór insuliny produkowanej przez trzustkę, który prowadzi do wzrostu stężenia glukozy we krwi (hiperglikemii), a tym samym do wielu powikłań. Przewlekła hiperglikemia wiąże się z uszkodzeniem, zaburzeniem czynności i niewydolnością różnych narządów, szczególnie oczu, nerek, nerwów, serca i naczyń krwionośnych. Badania nad cukrzycą są oczkiem w głowie wielu naukowców na świecie. Obecnie coraz więcej uwagi poświęca się ocenie wpływu czynników pozagenetycznych na rozwój tej choroby. Aby wykazać zależność między czynnikami środowiskowymi i genetycznymi, przeprowadzono badania u noworodków z niewielką masą urodzeniową. Postawiono wtedy hipotezę, że niedożywienie matki może być przyczyną późniejszego rozwoju cukrzycy u dzieci. Wyniki tych badań potwierdziły, że zaburzenia w środowisku wewnątrzmacicznym przyczyniają się do powstawania modyfikacji epigenetycznych i wpływają na rozwój płodu. Co ważniejsze, mogą w przyszłości (dalszym rozwoju) doprowadzić do powstania wielu chorób, nawet wiele lat później – w tym cukrzycy.

Każdego dnia pojawiają się nowe doniesienia na temat roli czynników epigenetycznych, zwłaszcza diety i aktywności fizycznej w nasilaniu występowania chorób cywilizacyjnych, takich jak cukrzyca, choroby nowotworowe czy też powszechne choroby układu naczyniowego. Oprócz wymienionych można zauważyć tendencje wzrostową dotyczącą prowadzonych badań wykazujących wpływ zanieczyszczeń otoczenia.

Do tej pory naukowcom z Fundacji Badań i Rozwoju Nauki udało się dowieść, że aktywność poszczególnych genów jest różna w zależności od metody leczenia cukrzycy. W związku z tym w obecnej chwili Magdalena Gomółka przygotowuje plan kontynuacji badań mających na celu ocenę wpływu czynników poza genetycznych oraz aktywności genów na rozwój i przebieg różnych typów cukrzycy. Więcej na temat wszystkich prac fundacji można znaleźć na stronie www.fundacjabirn.pl. ©?

Tekst: Dr hab. med. Michał Wszoła, chirurg transplantolog, kierownik projektu 3D-biodrukowania bionicznej trzustki

Zdrowie