Menu Zamknij

Epigenetyka. Geny to nie wszystko

Czy nasze życie zależy wyłącznie od naszych genów? Czy są inne czynniki, które kształtują ludzkie charaktery i wpływają na nasze zdrowie? W moim pierwszym artykule wspomniałam, iż podstawowym nośnikiem informacji genetycznej jest DNA. W wyniku odczytania informacji z DNA – następujących po sobie procesach transkrypcji i translacji – powstają różne białka, które wpływają na funkcjonowanie komórek. Gdyby jednak materiał genetyczny był jedynym elementem decyzyjnym w naszym życiu, bylibyśmy do siebie dużo bardziej podobni. Dodatkowo każda z naszych komórek posiada ten sam genotyp, więc jak wytłumaczyć to, iż mamy ich mnóstwo różnych, wyspecjalizowanych rodzajów. Właśnie tutaj z pomocą przychodzi nam epigenetyka.

„Epigenetyka obdarowuje nas wolnością życia jako wyjątkowe, niepowtarzalne jednostki”

Thomas Jenuwein

Epigenetyka („poza” genetyką) to nauka, która zajmuje się badaniem zmian ekspresji genów, zachodzących pod wpływem czynników środowiskowych. Dotyczy wszystkich molekularno-biologicznych informacji, które są gromadzone przez komórki i przekazywane komórkom potomnym. Trzeba jednak zaznaczyć, iż dotyczy to informacji, które nie są zawarte w genotypie. Epigenom jest zbiorem modyfikacji DNA i białek histonowych, które wpływają na strukturę chromatyny, a co za tym idzie na procesy związane z DNA i funkcje komórkowe. Aby lepiej zrozumieć epigenetykę, należy się przyjrzeć bliżej zagadnieniu „ekspresji genów”. Jest to proces wyprodukowania funkcjonalnego białka lub RNA na podstawie informacji zapisanej w postaci DNA. Składa się z wielu złożonych etapów – m.in. transkrypcji, czyli przepisania informacji z DNA na RNA  i translacji – czyli wyprodukowania białka na podstawie odczytu z mRNA. Każdy z tych procesów może podlegać regulacji. Dzięki temu komórki różnego typu, a należące do tego samego organizmu, ale mające ten sam zestaw genów, produkują różne białka i mogą modulować ich końcową ilość. W ten sposób ekspresja genów jest podstawowym mechanizmem pozwalającym na utrzymywanie homeostazy organizmu i jego adaptację do warunków zewnętrznych oraz wewnętrznych.

Każda komórka jest wyposażona w około 2 metry DNA. Tak długa cząsteczka musi być ściśle upakowana, żeby zmieścić się w małej, centralnie położonej strukturze, jaką jest jądro komórkowe. DNA jest nawijane, jak nić na walcowatą szpulkę, na białka histonowe, które pełnią rolę rusztowania i umożliwiają skręcanie się DNA. Chromatyna, jest to więc DNA w komplecie z histonami oraz innymi białkami, które ściśle odpowiadają za regulację wszystkich procesów związanych z DNA. Wyróżniamy chromatynę luźno upakowaną – euchromatynę i chromatynę ściśle skondensowaną – heterochromatynę. Pierwsza występuje w miejscu aktywnych genów, natomiast druga, liczniejsza, wpływa na ich wyciszanie. Co ważne – struktura chromatyny może być dziedziczona.

 

W zależności od potrzeb danej komórki oraz od warunków, w jakich się ona znajduje, niektóre geny mogą podlegać aktywacji lub wyciszeniu. Wpływ na to mają tzw. przełączniki (mechanizmy) epigenetyczne, do których możemy zaliczyć:

1.      Modyfikacje białek histonowych – „szpulek”, na które nawijane jest DNA

2.      Metylacja DNA

3.      Interferencja RNA

Wspomniane przeze mnie wcześniej histony mogą podlegać wielu różnym modyfikacjom. Niektóre z nich wpływają na ciaśniejsze „ nawijanie się” DNA na „szpulkę”, co powoduje wyciszenie niektórych genów. Natomiast inne odpowiadają za luźniejsze upakowanie DNA, co wpływa na zwiększenie dostępu do pewnych genów, które mogą następnie ulegać ekspresji.

Metylacja DNA jest kolejnym mechanizmem, który pozwala na wyciszanie niektórych genów. W telegraficznym skrócie, polega ona na przyłączaniu grup metylowych – najprostszych grup chemicznych (jeden atom węgla, trzy atomy wodoru) – do jednej z zasad azotowych, wchodzących w skład DNA – cytozyny. Geny aktywne znajdują się w miejscach niemetylowanych. Komórki różnych tkanek mają charakterystyczny dla siebie wzór metylacji, co pozwala na zachowanie różnorodności komórek oraz na prawidłowe przekazywanie wzoru aktywności genów komórkom potomnym.

Trzecim mechanizmem, który krótko opiszę jest interferencja RNA. RNA to skrót od kwasu rybonukleinowego, którego struktura jest zbliżona do DNA. Są to niesamowicie różnorodne cząsteczki, które są kluczowe dla prawidłowego funkcjonowania organizmu. Zalicza się do nich mikroRNA (miRNA), które wyciszają gen i uniemożliwiają zajście procesu translacji, czyli wyprodukowania funkcjonalnego białka.

Dzięki tym zjawiskom można wytłumaczyć, dlaczego człowiek mimo stosukowo małej liczby genów w porównaniu do innych organizmów, jest tak wysoko rozwinięty. W świecie roślin i zwierząt istnieje wiele organizmów posiadających genomy kilka, kilkanaście czy kilkadziesiąt razy większe od człowieka. Nieprawdziwe jest więc stwierdzenie, iż im większy genom, tym bardziej skomplikowany jest organizm. Raczej zdanie to powinno brzmieć: im bardziej złożona jest regulacja genetyczna, tym bardziej skomplikowany jest określony organizm.

Należy zadać pytanie: jak teraz wytłumaczyć wpływ środowiska na nasz genotyp?

Środowisko, w jakim się znajdujemy, a także działania jakie podejmujemy wpływają na powstawanie wyżej wymienionych modyfikacji. W zależności od warunków, niektóre geny ulegają aktywacji, inne wyciszeniu. Najwcześniejsze zmiany czy zapisy epigenetyczne odpowiadają za normalny, ukierunkowany rozwój naszego organizmu, a następnie pozwalają nam na prawidłową aklimatyzację w tym świecie. Co więcej, decyzje epigenetyczne, które wtedy zapadają, czasem okazują się być bardziej „stałe” niż te, które zachodzą w późniejszym okresie życia. Przykładowo jedzenie, które spożywała nasza mama będąc w ciąży wywarło na nasze zdrowie większy wpływ, niż to, które jemy obecnie. Podobnie nasza osobowość, jest w większym stopniu kształtowana przed i krótko po narodzinach, niż poprzez wychowanie w kolejnych latach.  

Nie oznacza to jednak, że nie możemy, np. zawrócić swojego metabolizmu na właściwe tory. Według badań substancje takie jak: cholina, kwas foliowy, cynk, betaina i witamina B12 są dostawcami grup metylowych i dostarczane wraz z pożywieniem polepszają działanie naszych mechanizmów epigenetycznych. Cholina znajduje się w jajach, soi, sałacie i orzeszkach ziemnych. Z kolei kwas foliowy znajduje się w ziarnach pszenicy, burakach, brokułach, chlebie pełnoziarnistym, pomidorach czy marchewce. Natomiast witaminę B znajdziemy w nabiale, mięsie czy rybach. Oczywiście nie ma sensu popadać w panikę, jeśli zjemy raz na jakiś czas żywność typu fast food. Wiadome jest jednak, aby cieszyć się dobrym zdrowiem, powinno się spożywać zdrowe, lekkie i treściwe jedzenie oraz jak najwięcej się ruszać. Okazuje się, iż takie zalecenia sprawdzają się też, jeśli chcemy pozytywnie wpłynąć na nasz epigenom.

Naukowcy pokazują, iż epigenetyka jest niezwykle złożoną dziedziną. Może wpływać w znacznym stopniu na funkcjonowanie naszego organizmu, jak i na całe nasze życie. Dalsze badania naukowe mogą przedstawić dodatkowe ciekawe fakty na jej temat, a także przybliżyć nam funkcjonowanie ludzkiego ciała i powstawanie niektórych chorób.

Autor: Marta Gil

22 lata, studentka I roku studiów magisterskich na kierunku Genetyka i Biologia Eksperymentalna. Niska istota o wielkim sercu. Pogodna i uśmiechnięta, oddana swojej rodzinie i przyjaciołom. Miła, ale jeśli nie lubisz ruskich pierogów – lepiej się nie zbliżaj. Poza pracą laboratoryjną ceni wszelkie formy sztuki, przede wszystkim rysunek i kaligrafię. Nie jest stereotypową kobietą – od dziecka interesuje się piłką nożną, więc wie, co to spalony. Postara się przybliżyć Wam zdrowotne ciekawostki ze świata genetyki i biologii.

Opublikowany wMedykosfera