Możliwe, że słyszałeś o epigenetyce na lekcjach biologii lub natknąłeś się na nią w mediach. W ostatnich latach termin ten zyskał na znaczeniu – także poza badaniami. Coraz wyraźniej widać, że nie tylko nasze geny decydują o tym, jak rozwijają się procesy w ciele.
Epigenetyka bada, jak czynniki środowiskowe, takie jak zachowanie, dieta czy ruch, mogą wpływać na aktywność genów. W tym artykule dowiesz się, czym jest epigenetyka, jaką rolę odgrywa w badaniach nad starzeniem się oraz dlaczego doświadczenia wcześniejszych pokoleń mogą również odgrywać rolę.
Czym jest epigenetyka?
Zanim przejdziemy do tematu, musimy wyjaśnić definicję: Epigenetyka bada, jak zmiany wykraczające poza kod genetyczny wpływają – koncepcja, która wyraża się w części słowa „epi”, pochodzącej z języka starogreckiego, oznaczającej „ponad” lub „na”.W centrum uwagi nie są tutaj mutacje w ścisłym tego słowa znaczeniu, lecz raczej modyfikacje, które określają, jak aktywne są określone geny w naszych komórkach.
Klasycznym przykładem takich modyfikacji jest metylacja DNA Methylierung. W tym procesie grupa metylowa (CH3) jest przyłączana do specyficznych fragmentów DNA. Może to prowadzić do zahamowania określonych procesów komórkowych, na przykład poprzez zatrzymanie produkcji białek. Epigenetyka jest z.B. odpowiedzialna za to, że komórka mięśniowa różni się od komórki nerkowej, mimo że obie zawierają dokładnie tę samą sekwencję DNA.
Epigenetyka – prosto wyjaśniona
Jeśli nie studiowałeś akurat biochemii, terminy takie jak Methylierungen, Chromatin oder nicht codierende RNA nie będą ci zbyt wiele mówić.Nie martw się, wyjaśnimy ci epigenetykę w sposób bardziej obrazowy i spróbujemy za pomocą tej analogii uczynić bardziej zrozumiałymi skomplikowane mechanizmy, które się za tym kryją:
Na początek musimy dokładniej przyjrzeć się komórkom . Każda z naszych komórek posiada ten sam łańcuch DNA, nasz materiał genetyczny. Zawiera on wszystkie informacje, z.B. jak zbudowana jest komórka mięśnia sercowego, jakie białka zawiera lub jakie enzymy musi zawierać komórka żołądka, aby mogła produkować kwas żołądkowy i wiele innych. Gdyby wszystkie te informacje były „odczytywane” jednocześnie, powstałby ogromny chaos. Z tego powodu nasze DNA jest pełne struktur chemicznych, które jak przełączniki regulatora głośności mogą włączać lub wyłączać sekcje „włączone” lub „wyłączone”.
Jak „głośne” są twoje geny?
Wyobraź sobie, że każdy gen w twoim DNA ma taki regulator głośności. Za pomocą tego suwaka głośności możesz „głośno” ustawić pewne obszary swojej epigenetyki, aby gen był aktywny, lub ustawić inne obszary na „cicho”, co czyni ten gen nieaktywnym. Ta precyzyjna regulacja jest dokonywana przez Metylozacje . Te małe grupy węglowodorowe decydują o tym, jak „głośne” lub jak „ciche” są pewne fragmenty DNA w naszym materiale genetycznym.
Kolejną możliwością są tzw. Modyfikacje histonów. Histony to białka strukturalne, wokół których owinięte jest DNA. Podobnie jak wałek do włosów. Te białka również są wpływane przez epigenetykę. Gdy są zmodyfikowane, całe fragmenty DNA mogą być trudniejsze do rozwinięcia, a tym samym do odczytania. Duże części pozostają więc „nieme” (nieaktywne).
Jak epigenetyka jest wpływana?
Te zmiany epigenetyczne są wpływane przez różne czynniki, takie jak środowisko, dieta, stres i styl życia. Niektóre z tych „ustawień głośności” mogą być nawet przekazywane przyszłym pokoleniom, co oznacza, że doświadczenia i warunki twoich przodków mogą mieć wpływ na twoje życie, a mianowicie na to, które geny w twoim ciele są łatwiej lub trudniej dostępne. Epigenetyka sprawia, że mimo niezmiennych informacji genetycznych dostępność i wykorzystanie tych informacji mogą być dynamiczne i elastyczne.
To wyjaśnia, jak identyczne DNA w różnych typach komórek może prowadzić do tak różnorodnych funkcji i cech. To wyjaśnia również, dlaczego jednojajowe bliźniaki, które mają dokładnie tę samą DNA, wykazują różne cechy. Dokładne ustawienia twojego „regulatora głośności” są indywidualne i mogą się stale zmieniać. To, co rozumiemy pod pojęciem wzór epigenetyczny. Można to wykorzystać, gdy chce się zmierzyć epigenetyczny, czyli wiek biologiczny .
DNA i epigenetyka – co jest dziedziczone?
Każda pojedyncza komórka składa się z 46 chromosomów. Tutaj zapisane są informacje genetyczne w postaci DNA. Chromosomy są uporządkowane w pary, więc mamy 23 pary chromosomów w każdej komórce. 50 procent chromosomów otrzymujemy od naszej matki, a pozostałe 50 procent od naszego biologicznego ojca.
Faktor-V-Leiden: Jedna z najczęstszych chorób genetycznych
Wyobraź sobie, że jeden z twoich genów dotyczących określonego tematu (w tym przypadku czynnika V) jest uszkodzony. Ten uszkodzony gen pochodzi od twojego ojca, ale na szczęście twoja matka przekazała ci jeszcze jeden zdrowy egzemplarz. Masz więc dwa geny dotyczące tego tematu, ale jeden z nich jest uszkodzony. W medycynie mówi się w tym kontekście o heterozygotycznej ekspresji.
Ta specyficzna ekspresja, uszkodzony gen dla czynnika V i zdrowy, jest jedną z najczęstszych „chorób genetycznych” w Europie. Około co 20. osoba ma uszkodzony gen dla czynnika V, co prowadzi do wyższego ryzyka zakrzepów. Jeśli oba geny są uszkodzone, mówi się o homozygotycznej ekspresji .
Co jest dziedziczone genetycznie - a co nie?
Przykład z uszkodzonym genem czynnika V jest typowy dla choroby dziedzicznej. Epigenetyka w tym przypadku nie odgrywa roli, ponieważ podstawowa informacja dotycząca genu jest uszkodzona. Przez długi czas wierzono, że dziedziczymy tylko geny od naszych rodziców, a epigenetykę (czyli ustawienie głośności) nabywamy dopiero później. Zgodnie z aktualnymi badaniami, to nie jest poprawne. Czy dziedziczymy więc również niektóre ustawienia regulatorów głośności od naszych rodziców?
Czy trauma może być dziedziczona?
Kolor oczu od matki, włosy od ojca i psychologiczna trauma od dziadków? Chociaż to stwierdzenie jest dość odważne, istnieje coraz więcej dowodów, że nie tylko dziedziczymy DNA od naszych rodziców, ale także wzorce epigenetyczne i uwarunkowania – i to przez wiele pokoleń.
Aby pozostać przy naszej analogii: dawniej uważano, że ustawienia regulatorów głośności nie są dziedziczne. Różnice w metylacji DNA miały być nabywane dopiero później w życiu. To założenie wydaje się nieprawdziwe. Naukowcy z Instytutu Maxa Plancka mogli w tej badaniu na muszkach owocowych wykazać, że wzorce epigenetyczne mogą być przekazywane z pokolenia na pokolenie.
Istnieje przypuszczenie, że dotyczy to również ludzi i być może na podstawie tych odkryć w przyszłości można będzie opracować nowe terapie.
Po tym, jak już widzieliśmy, że u muszek owocowych pewne wzorce epigenetyczne mogą być dziedziczone przez kilka pokoleń, pojawia się pytanie, jakie to może mieć konsekwencje. Z jednej strony przypuszcza się, że traumatyczne przeżycia mogą powodować zmiany epigenetyczne, które również są dziedziczone i ujawniają się w późniejszych pokoleniach. Ciekawy wkład znajdziesz np. w dokumentacji ZDF Terra-Xplore: "Co rodzina z nami robi? - dziedziczenie traumy? Czy to możliwe?".
Czy nadwaga może być dziedziczona?
Wciąż brakuje bezpośrednich dowodów, czy otyli rodzice przekazują swoje epigenetyczne wzorce swoim dzieciom, czyniąc je tym samym bardziej podatnymi na nadwagę, ale istnieją pewne wskazówki, że jest to możliwe. W badaniach na szczurach stwierdzono, że ekspozycja na pestycyd (DDT = dichlorodifenylotrichloroetan) w kolejnych pokoleniach prowadziła do 50-procentowej częstości występowania nadwagi.
To pokazuje, że czynniki środowiskowe mają moc zmieniania epigenetycznych wzorców i mogą sprzyjać nadwadze w kolejnych pokoleniach. Również u ludzi istnieją dowody, że podatność na nadwagę jest częściowo dziedziczna.
Czy znasz swój wiek biologiczny? Test na wiek biologiczny ma odpowiedź.
Epigenetyka i wiek biologiczny
Każdy z nas ma swoje unikalne wzorce epigenetyczne, a jednak mamy też wspólne cechy. Jednym z pierwszych, który to dostrzegł, jest Steve Horvath. Zajął się on pytaniem, jak można mierzyć wiek biologiczny, korzystając z epigenetyki. Badacz opracował nazwaną jego imieniem Horvath Clock, , która pozwala na bardzo dokładne mierzenie wieku biologicznego komórek.
W ciągu naszego życia gromadzą się typowe oznaczenia na naszej DNA. Miejsca te są charakterystyczne i dla każdego człowieka takie same. Na tej podstawie opracowano pierwszy test wieku epigenetycznego.
Klucz do długowieczności?
Odkrycie Horvath Clock było przełomowe.Po raz pierwszy można było zmierzyć, jaki wpływ różne parametry mają na zdrowie naszych komórek i wiek. Wraz z Hallmarks of Aging stworzono podstawy do badań nad wiekiem epigenetycznym. Jeśli uda nam się odwrócić markery epigenetyczne, być może będziemy mogli spowolnić lub nawet zatrzymać proces starzenia.
Badacze tacy jak profesor Harvardu David Sinclair czy amerykański milioner Bryan Johnson są już o krok dalej i przetestowali (częściowo na sobie) niektóre cząsteczki redukujące wiek. Obydwaj mają wyraźnie młodszy wiek biologiczny, a niemal codziennie pojawiają się nowe badania na ten temat. W jednym z badań u ludzi wiek biologiczny obniżono o imponujące 8 lat.
Co to za tajemnica? W badaniu uczestnicy przyjmowali Alpha-ketoglutaran, cząsteczkę z metabolizmu energetycznego, . Jeśli chcesz się o tym dowiedzieć więcej, możesz poznać szczegóły w naszym artykule o Alpha-ketoglutaran . Dalsze fascynujące badania prowadzone są w obszarze NAD-metabolizmu . Również sirtuiny, znane jako „geny długowieczności” są centralnym tematem.
Proteomika – następny krok?
DNA, epigenetyka, geny długowieczności – badania nad starzeniem się są dość złożone. Gdzieś w tej skomplikowanej sieci szlaków metabolicznych ukrywa się wyjaśnienie chorób lub samego procesu starzenia. Aby dodać jeszcze jeden poziom, chcielibyśmy przedstawić ci proteomikę, ponieważ bez tej dziedziny badań nasz obraz nie będzie kompletny.
Aby przybliżyć ci proteomikę , musimy wprowadzić nową analogię. Komórka jako szafa. Podczas gdy epigenetyka z jej regulatorami głośności decyduje, które geny są aktywne, a które nieaktywne, proteomika przygląda się wynikom. Jakie białka (ubrania) znajdują się w twojej komórce (szafie)?
Możemy zobaczyć, co się dzieje z białkami po ich translacji i jak ze sobą współdziałają. Więcej na ten temat znajdziesz w naszym artykule o proteomice.
