Misschien heb je in de biologie les al gehoord van epigenetica of ben je het in de media tegengekomen. In de afgelopen jaren heeft de term steeds meer aan betekenis gewonnen – ook buiten het onderzoek. Want het wordt steeds duidelijker dat niet alleen onze genen bepalen hoe processen in het lichaam zich ontwikkelen.
Epigenetica onderzoekt hoe omgevingsfactoren zoals gedrag, voeding of beweging de activiteit van genen kunnen beïnvloeden. In dit artikel leer je wat epigenetica is, welke rol het speelt in het ouderdomsonderzoek en waarom ook ervaringen van eerdere generaties daarbij een rol kunnen spelen.
Wat is epigenetica?
Voordat we het onderwerp ingaan, moeten we de definitie verduidelijken: Epigenetica onderzoekt hoe veranderingen die verder gaan dan de genetische code invloed hebben – een concept dat tot uitdrukking komt in het woorddeel „epi“, uit het Oudgrieks voor „boven“ of „daarop“.In de focus staan hier niet mutaties in de strikte zin, maar eerder modificaties die bepalen hoe actief bepaalde genen in onze cellen zijn.
Een klassiek voorbeeld van dergelijke modificaties is de DNA Methylatie. Hierbij wordt een methylgroep (CH3) aan specifieke delen van het DNA gehecht. Dit kan tot gevolg hebben dat bepaalde cellulaire processen worden onderbroken, bijvoorbeeld door de productie van eiwitten te stoppen. De epigenetica is z.B. verantwoordelijk voor het feit dat een spiercel verschilt van een niercel, ondanks dat beide exact dezelfde DNA-sequentie bevatten.
Epigenetica – eenvoudig uitgelegd
Als je niet toevallig biochemie hebt gestudeerd, zullen termen zoals Methylaties, chromatine of niet-coderende RNA je waarschijnlijk niet veel zeggen.Geen zorgen, we leggen je de epigenetica iets duidelijker uit en proberen met deze analogie de ingewikkeldere mechanismen erachter begrijpelijk te maken:
Eerst moeten we beter naar de cellen kijken. Elke van onze cellen heeft dezelfde DNA-streng, ons erfgoed. Hierop staan alle informatie, z.B. hoe een hartspiercel is opgebouwd, welke eiwitten het bevat of welke enzymen een maagcel moet bevatten om maagsap te kunnen produceren, en nog veel meer. Als al deze informatie tegelijkertijd "afgelezen" zou worden, zou er een enorme chaos ontstaan. Daarom is onze DNA vol chemische structuren die zoals de schakelaars van een volumeregelaar secties "aan" of "uit" kunnen schakelen.
Hoe "hard" zijn jouw genen?
Stel je voor dat elk gen op jouw DNA zo'n volumeregelaar heeft. Met behulp van deze volumeregelaar kan jouw epigenetica bepaalde gebieden "hard" zetten, zodat het gen actief is of andere gebieden op "stil" zetten, waardoor dit gen inactief wordt. Deze fijnregeling wordt uitgevoerd door Methylaties. Deze kleine koolwaterstofgroepen bepalen hoe "hard" of hoe "stil" bepaalde secties van het DNA in ons erfgoed zijn.
Een andere mogelijkheid zijn de zogenaamde Histonmodificaties. Bij de histonen gaat het om structuurproteïnen waar de DNA omheen gewikkeld is. Heel vergelijkbaar met een krulspeld. Ook deze proteïnen worden door de epigenetica beïnvloed. Zijn deze gemodificeerd, dan kunnen hele secties van het DNA moeilijker worden ontwonden en daarmee afgelezen worden. Grote delen blijven dus "stom" (inactief).
Hoe wordt de epigenetica beïnvloed?
Deze epigenetische veranderingen worden beïnvloed door verschillende factoren, zoals omgeving, voeding, stress en levensstijl. Sommige van deze "geluidsinstellingen" kunnen zelfs aan toekomstige generaties worden doorgegeven, wat betekent dat de ervaringen en omstandigheden van je voorouders invloed op je leven kunnen hebben, namelijk op welke genen in je lichaam gemakkelijker of moeilijker toegankelijk zijn. De epigenetica zorgt er dus voor dat, ondanks onveranderlijke genetische informatie, de toegankelijkheid en het gebruik van deze informatie dynamisch en aanpasbaar kan worden gemaakt.
Dit verklaart hoe identieke DNA in verschillende celtypen kan leiden tot zo'n verscheidenheid aan functies en kenmerken.Dit verklaart ook waarom eeneiige tweelingen, die exact dezelfde DNA hebben, verschillende kenmerken vertonen. De exacte instellingen van je "volume-regelaars" zijn individueel en kunnen voortdurend veranderen. Dit wordt verstaan onder de term epigenetisch patroon. Dit kan nuttig zijn wanneer men het epigenetische, of biologische leeftijd wil meten.
DNA en Epigenetica – wat wordt geërfd?
Elke enkele cel bestaat uit 46 chromosomen. Hier is de erfelijke informatie in de vorm van DNA opgeslagen. De chromosomen zijn in paren gerangschikt, zodat we 23 chromosomenparen in elke cel hebben. 50 procent van de chromosomen krijgen we van onze moeder en de andere 50 procent van onze biologische vader.
Factor V Leiden: Een van de meest voorkomende genetische aandoeningen
Stel je voor, een van je genen over een bepaald onderwerp (in dit geval Factor V), is defect. Dit defecte gen komt van je vader, maar gelukkig heeft je moeder je nog een volledig exemplaar nagelaten. Je hebt dus twee genen over dit onderwerp, maar een daarvan is defect. In de geneeskunde spreekt men in dit verband van een heterozygote expressie.
Deze specifieke expressie, een defect gen voor Factor V en een gezond gen, is een van de meest voorkomende "genetische ziekten" in Europa. Ongeveer één op de 20 heeft een defect gen voor Factor V, wat leidt tot een hoger risico op tromboses. Als beide genen defect zijn, zou men spreken van een homozygote expressie.
Wat wordt genetisch doorgegeven - en wat niet?
Het voorbeeld met het defecte factor V-gen is typisch voor een erfelijke aandoening. De epigenetica speelt in dit geval geen rol, aangezien de onderliggende informatie met betrekking tot het gen defect is. Lang werd gedacht dat we alleen de genen van onze ouders erven en de epigenetica (dus de volumeregeling) pas later verwerven. Volgens huidig onderzoek is dat niet correct. Erven we dus ook enkele standaardinstellingen van de volumeregelaars van onze ouders?
Kan trauma geërfd worden?
De oogkleur van de moeder, het haar van de vader en het psychologische trauma van de grootouders? Hoewel deze uitspraak vrij gewaagd is, zijn er steeds meer aanwijzingen, dat we niet alleen de DNA van onze ouders erven, maar ook epigenetische patronen en invloeden – en dat ook over meerdere generaties.
Om bij onze analogie te blijven: Vroeger werd aangenomen dat de instellingen van de volumeregelaars niet erfelijk waren. De verschillen in DNA-methylatie zouden pas later in het leven worden verworven. Deze aanname lijkt niet te kloppen. Wetenschappers van het Max-Planck-Institut konden in deze studie met fruitvliegen aantonen dat epigenetische patronen van generatie op generatie kunnen worden doorgegeven.
De veronderstelling ligt voor de hand, dat dit ook bij mensen het geval is en misschien kunnen uit deze inzichten in de toekomst nieuwe therapieën ontwikkeld worden.
Nadat we al hebben gezien dat bij fruitvliegen bepaalde epigenetische patronen over meerdere generaties kunnen worden doorgegeven, rijst de vraag welke gevolgen dit kan hebben. Enerzijds wordt vermoed dat traumatische ervaringen epigenetische veranderingen kunnen veroorzaken die ook worden doorgegeven en zich in latere generaties kunnen manifesteren. Een interessante bijdrage vind je bijvoorbeeld in de ZDF Terra-Xplore documentaire: "Wat doet familie met ons? - een trauma erven? kan dat?".
Kan overgewicht worden geërfd?
Er ontbreken nog directe bewijzen, of overgewichtige ouders hun epigenetische patronen aan hun kinderen doorgeven en hen daardoor vatbaarder maken voor overgewicht, maar er zijn zeker aanwijzingen dat dit mogelijk is. Bij ratten werd in een onderzoek vastgesteld dat de blootstelling aan een pesticide (DDT = dichloordifenyltrichloorethaan) bij de volgende generaties leidde tot een 50-procent incidentie van overgewicht.
Dit toont aan, dat omgevingsfactoren de kracht hebben om epigenetische patronen te veranderen en bovendien in de volgende generaties overgewicht te bevorderen. Ook bij mensen zijn er aanwijzingen dat de vatbaarheid voor overgewicht gedeeltelijk erfelijk is.
Ken je je biologische leeftijd? De biologische leeftijdstest heeft het antwoord.
Epigenetica en de biologische leeftijd
Iedereen van ons heeft unieke epigenetische patronen, maar we hebben ook overeenkomsten. Een van de eersten die dit heeft erkend, is Steve Horvath. Hij heeft zich beziggehouden met de vraag hoe je de biologische leeftijd kunt meten, en maakt daarbij gebruik van epigenetica. De onderzoeker ontwikkelde de naar hem vernoemde Horvath Clock, waarmee je de biologische leeftijd van cellen zeer nauwkeurig kunt meten.
In de loop van ons leven verzamelen zich namelijk typische markeringen op onze DNA. De plekken zijn kenmerkend en voor elke persoon gelijk. Op basis hiervan werd de eerste epigenetische leeftijdstest ontwikkeld.
De sleutel tot levensduur?
De ontdekking van de Horvath Clock was baanbrekend. Voor het eerst kon men meten welke invloed verschillende parameters hebben op onze cellulaire gezondheid en de veroudering. Samen met de Hallmarks of Aging werd de basis gelegd voor het epigenetisch ouderdomsonderzoek. Als we erin slagen de epigenetische markers om te keren, kunnen we het verouderingsproces misschien vertragen of zelfs stoppen.
Onderzoekers zoals de Harvard-professor David Sinclair of de Amerikaanse miljonair Bryan Johnson zijn al een stap verder en hebben (deels op zichzelf) enkele moleculen voor ouderdomsreductie uitgeprobeerd. Beide hebben een aanzienlijk jongere biologische leeftijd, en bijna dagelijks verschijnen er nieuwe studies over dit onderwerp. Zo kon in een studie bij mensen de biologische leeftijd met indrukwekkende 8 jaar worden verlaagd.
Het geheim? In de studie namen de proefpersonen Alpha-ketoglutaraat, een molecuul uit de energiehuishouding, in. Als je er meer over wilt weten, kun je de achtergronden in ons artikel over Alpha-ketoglutaraat lezen. Verder spannend onderzoek wordt gedaan op het gebied van NAD-stofwisseling . Ook de Sirtuinen, bijnaam „ Langlevensgenen“ zijn een centraal thema.
Proteomica – de volgende stap?
DNA, epigenetica, langlevensgenen – de ouderdomsonderzoek is behoorlijk complex. Iets ergens in dit ingewikkelde netwerk van stofwisselingspaden zal de verklaring voor ziekten of het ouder worden zelf verbergen. Om nog een extra laag toe te voegen, willen we je de proteomica voorstellen, want zonder dit onderzoeksgebied is ons beeld niet compleet.
Om je de proteomiek beter uit te leggen, moeten we een nieuwe analogie introduceren. De cel als kledingkast. Terwijl de epigenetica met zijn volumeregelaars bepaalt welke genen actief zijn en welke inactief, kijkt de proteomiek naar het resultaat. Welke eiwitten (kledingstukken) bevinden zich in jouw cel (kledingkast)?
We kunnen zien wat er met de eiwitten gebeurt na hun translatie en hoe ze met elkaar interageren. Meer hierover vind je in ons artikel over de proteomiek .
