Epigenetyka jest jednym z najciekawszych obszarów badań. Kiedyś sądzono, że wszystko tkwi w genach, dziś wiadomo, że tylko około 20% jest dziedziczone bezpośrednio, a pozostałe 80% naszej długości życia jest określane przez zmiany epigenetyczne.
Przeciętny dorosły składa się z ogromnej liczby około 100 000 000 000 000 komórek. Z nielicznymi wyjątkami, takimi jak dojrzałe czerwone krwinki, wszystkie te komórki mają jądro komórkowe, w którym znajduje się ludzkie genom. Termin ten znamy już z pierwszego Hallmark of Aging – niestabilności genomowej. Zgodnie z tym, genom to termin, który w uproszczeniu oznacza całość dziedzicznych informacji jednostki. Są to informacje potrzebne do produkcji białek, które współdecydują i zmieniają wygląd ciała.
A co teraz robi epigenetyka? Uproszczając, epigenetyka określa, które informacje są odczytywane, a które nie. Pokazujemy tutaj, jakie skutki może mieć epigenetyka i co zmiany epigenetyczne mają wspólnego z wiekiem.
Co robi epigenetyka?
W każdej komórce znajduje się ta sama informacja genetyczna. Jak to możliwe, że niektóre komórki stają się komórkami mięśniowymi, a inne komórkami skóry? Odpowiedź kryje się w jądrze komórkowym.
My, ludzie, posiadamy nie tylko genom, ale także epigenom. Epigenom jest zbiorem zmian chemicznych w DNA, które działają jak przełącznik. Wiele genów ma taki przełącznik. Gdy przełącznik jest WŁĄCZONY, gen jest „ekspresjonowany”, co oznacza, że plan budowy jest realizowany, a pożądane białko jest produkowane. Gdy gen jest wyłączony (WYŁĄCZONY), jest uważany za niemy i nie produkuje białka.
Aby lepiej to zobrazować. Wyobraź sobie, że twoje DNA to tekst w książce. Nigdy nie czytasz całej książki, ponieważ jest zbyt obszerna, lecz zawsze tylko fragmenty z niej. Aby zapamiętać, które fragmenty chcesz przeczytać, przykleiłeś małe karteczki Post-It na początku i na końcu fragmentu tekstu. Te karteczki Post-it to twoje markery epigenetyczne.
Wyrażone chemicznie są to zmetylowane miejsca w twoim DNA.Nie zmienia to twojego DNA jako takiego, lecz określa, które fragmenty są odczytywane – a które nie. Aby to wszystko jeszcze bardziej skomplikować: Fragmenty tekstu zmieniają się w twoim życiu. Czasami odczytywane są fragmenty z jednego rozdziału, a czasami z innego rozdziału. A także zależy to od tego, którą komórkę rozważasz.
Wiedziałeś? Epigenetyka jest wykorzystywana, aby zmierzyć wiek biologiczny . Na podstawie białek w twoich komórkach policzkowych i nowoczesnych algorytmów można obecnie dość dokładnie obliczyć, jak stara jest komórka ciała w porównaniu do wieku chronologicznego. Dokładnie ta technika jest również stosowana w naszym teście wieku biologicznego .
Różnorodność genów
Każdy gen zawiera plan budowy jednego lub więcej białek.Umożliwia to proces zwany „alternatywne splicing”. Oznacza to, że nie zawsze cała informacja z genu jest odczytywana lub wykorzystywana, lecz dla niektórych białek tylko jej części.
W związku z tym liczba białek znacznie przewyższa liczbę genów: obecnie nauka szacuje, że istnieje 20.000 do 25.000 ludzkich genów , podczas gdy liczba białek u ludzi szacowana jest na 80.000 do 400.000 . Dokładniejsze stwierdzenia są obecnie trudne, ponieważ badania są jeszcze daleko od zdekodowania wszystkich białek.
Na pewno pomoże w tym przełomowy rozwój firmy DeepMind, która przy pomocy sieci neuronowej o nazwie AlphaFold opracowała oprogramowanie, które potrafi przewidywać strukturę 3D białek.
Rola epigenetycznej fiksacji
Epigenetykaznana również jako epigenetyczna fiksacja lub epigenetyczne uwarunkowanie, jest powodem, dlaczego z komórek o tych samych warunkach rozwijają się różne typy komórek. Wszystkie mają to samo genom, ale różne epigenomy, które mówią im, jakie białka muszą być produkowane i jakiego rodzaju komórkami ostatecznie muszą być.
Dodatkowo, epigenetyka, przynajmniej według aktualnego stanu badań, jest częściowo dziedziczna. Badania nad epigenetyką to wciąż stosunkowo młode pole, ale już istnieje kilka interesujących wyników.
Czy wiedziałeś? Po odkryciu, że dzięki zmianom epigenetycznym możemy określić biologiczny wiek, pojawia się jeszcze pytanie, jak możemy na to wpłynąć.Obok sportu i postu istnieje również kilka cząsteczek, które mogą pomóc nam w obniżeniu biologicznego wieku. Na czołowej pozycji znajduje się wapń alfa-ketoglutaran (Ca-AKG). W badaniach na ludziach udało się obniżyć biologiczny wiek o nawet 7 lat! Dodatkowo wspiera on budowę mięśni i kości oraz wspomaga nasze mitochondria.
Czy kombinacja z wapniem zapewnia lepszą biodostępność AKG w organizmie?
Czy epigenetyka jest częściowo odpowiedzialna za epidemię otyłości?
Z danych WHO wynika, że od 1975 roku wskaźnik osób z nadwagą potroił się. Na całym świecie w 2016 roku 1,9 miliarda ludzi miało nadwagę .
Otyłość, zwłaszcza ciężka otyłość z wysokim udziałem tłuszczu trzewnego, stanowi ryzyko dla wielu chorób związanych z wiekiem, takich jak cukrzyca mellitus i choroby sercowo-naczyniowe.
Ale skąd bierze się ten gwałtowny wzrost otyłości? Duża część wynika z niewłaściwych nawyków żywieniowych i zbyt małej aktywności fizycznej, ale tutaj również epigenetyka ma swoje znaczenie.
Wiele eksperymentów na zwierzętach sugeruje, że dzieci otyłych rodziców dziedziczą epigenetyczne wzorce, które predysponują je do szybszego przybierania na wadze. Ważnym punktem w tych eksperymentach było: to często nie dziedziczona genetyka, lecz dziedziczony wzór epigenetyczny.
Dobrą wiadomością jest jednak to, że ten wzór można przełamać, stosując z.B. poprzez odpowiednie odżywianie szkodliwe markery epigenetyczne zastępowane są nowymi, korzystniejszymi. Jak dokładnie coś takiego może wyglądać u ludzi, musi być jeszcze dalej badane.
Zmiany epigenetyczne i starzenie się
Epigenom zmienia się, w przeciwieństwie do sztywnej matrycy DNA genomu, przez całe życie. Zmiany występują na przykład podczas rozwoju fizjologicznego, ale także czynniki środowiskowe, takie jak stres, choroba czy odżywianie, mają wpływ i nie wszystkie zmiany są korzystne.
Różne mechanizmy epigenetyczne powodują te zmiany. Ta złożoność jest również powodem, dla którego naszą uwagę kierujemy tylko na jeden, ale bardzo ważny mechanizm epigenetyczny: metylację DNA.
To obce słowo oznacza przeniesienie specjalnych cząsteczek chemicznych, grup metylowych, na DNA. Pozostałe chemiczne szczegóły pomijamy, ze względów zrozumiałości. W wyniku przyłączenia tych grup chemicznych, architektura DNA ulega zmianie. Podczas gdy w budownictwie stabilność cierpi, w przypadku DNA odczytywanie białek jest możliwe tylko w zmienionej formie. Aby ponownie odwołać się do naszej analogii z początku. Metylozacje DNA to kolorowe karteczki Post-it, które mówią ci, czy chcesz przeczytać tekst za nimi, czy nie.
Reakcje chemiczne w ciele, a tym samym przeniesienie grup metylowych, zazwyczaj wymagają obecności enzymów, ponieważ te tworzą optymalne warunki.Odpowiednio potrzebne są również enzymy, tzw. DNA-metylotransferazy (enzymy, które przenoszą grupy metylowe na DNA). Co ma ten dość skomplikowany wkład wspólnego z procesem starzenia?
Nowe badania wykazały, że z upływem czasu coraz więcej grup metylowych wiąże się z DNA. Zmiany epigenetyczne z wiekiem w sumie wzrastają – okoliczność, którą wykorzystuje Horvath-Clock .
Progeria i DNA-metylozacja
Przypomnienie: Progeria to grupa chorób z wyraźnie (do 10-krotnego) zwiększeniem szybkości starzenia. Na przykład, możliwe jest, że dziesięcioletnia dziewczynka z progerią ma biologiczny wiek 70 lat. Więcej szczegółów na temat progerii znajdziesz w pierwszym Hallmark of Aging, którym jest niestabilność genomowa.
U tych osób oraz również dotkniętych myszy badacze znaleźli w dużej części podobne wzorce metylacji, jak u zdrowych osób w podeszłym wieku. Związek między metylacją DNA a wiekiem jest więc już obecny. Nadal otwarte pozostaje bezpośrednie eksperymentalne potwierdzenie, że długość życia organizmu może być wydłużona poprzez zmianę wzorców metylacji DNA.
Metylacja DNA
Zmiany epigenetyczne – perspektywy
W przeciwieństwie do mutacji DNA, zmiany epigenetyczne są odwracalne. Na podstawie tego faktu pojawiają się możliwości rozwoju nowych terapii Longevity. Całość obecnych dowodów naukowych sugeruje, że zrozumienie i manipulacja epigenomem jest obiecująca dla poprawy patologii związanych z wiekiem.Nieodłącznie związane jest to z wydłużeniem zdrowego życia.
Patrząc na ogromną złożoność epigenetyki z jednej strony i aktualny stan badań z drugiej strony, można jednak zauważyć, że wysiłki, szczególnie w odniesieniu do ludzi, są jeszcze na wczesnym etapie. Następne lata i dekady pokażą, w jakim stopniu można z tego wyciągnąć konkretne punkty odniesienia dla anti-aging i prewencji. W końcu badania nie są jednokierunkową ulicą w kierunku sukcesu – na pewno jednak są w kierunku zrozumienia i edukacji.
W następnym artykule tej serii omówimy czwarty znak starzenia: utrata proteostazy.
