A teraz coś z trochę innej beczki. Wpis gościnny w wykonaniu Łukasza Sakowskiego, autora Polowania na zdrowie. Zajrzyjcie na jego bloga i jeśli Was zainteresujcie zacznijcie go śledzić. Tymczasem kilka słów o epigenetyce i dziedziczeniu.
Zapewne wiecie, że dziedziczymy geny po rodzicach. W procesie rekombinacji powstaje nowy genotyp. Być może słyszeliście też o dziedziczeniu mitochondrialnym, gdzie mitochondria, jak i mitochondrialne, koliste DNA otrzymujemy tylko od matki – męskiego DNA mitochondrialnego plemnik pozbywa się wnikając do oocytu (rozrodczej komórki żeńskiej), stąd też dla zarodka pozostaje mtDNA oocytarne, matczyne. A słyszeliście kiedykolwiek o dziedziczeniu pozasekwencyjnym, epigenetycznym, nie związanym z sekwencją nukleotydów? Epigenetyka bada pozasekwencyjną informację genetyczną. Co to znaczy? DNA posiada określoną sekwencję, ciąg zasad azotowych (guanina, adenina, cytozyna, tymina), połączonych z deoksyrybozą i ufosforylowanych. Sekwencja to jednak nie wszystko. Trzeba ją odczytywać. Najpierw za pomocą transkrypcji konwertując DNA do RNA, a następnie w akcie translacji, gdzie informacja genetyczna za pomocą kodu genetycznego przepisywana jest z RNA na białka o określonej aktywności biologicznej i funkcjonalności.
Ekspresja informacji genetycznej zależy od różnych czynników. Głównymi, a przynajmniej najlepiej poznanymi jest metylacja DNA, czyli dołączanie grupy metylowej do wysp CpG (odcinków bogatych w guaninę i cytozynę) oraz modyfikacje histonów – białek, na które nawinięta jest nić DNA. Ponadto wymienić można mikro RNA (miRNA). Są to bardzo krótkie odcinki RNA normalnie transkrybowane, zwiększające lub obniżające aktywność translacji określonych genów. Jeśli mowa o metylacji to im bardziej jest intensywna, tym dany gen będzie odczytywany z mniejszą ekspresją, im niższa, tym aktywność tego genu będzie większa. Modyfikacje histonów mogą różnie wpływać na ekspresję, zmieniając dostępność do nici DNA czynnikom transkrypcyjnym. To wszystko wiadomo już od dawna. Nowością ostatnich lat jest natomiast odkrycie dziedziczenia pozasekwencyjnego. Wcześniej myślano, że zmiany epigenetyczne są nakładane raz na całe życie w okresie przed zapłodnieniem i we wczesnym stadium zarodkowym. Okazuje się jednak, że te pozasekwencyjne, epigenetyczne zmiany mogą być dziedziczone.
Naukowców zastanawiały zajścia, kiedy to mając zwierzę i jego klon, jeden posiadał charakterystyczne inne cechy od swojego pierwowzoru. Przykładem było umaszczenie sierści kota. Inną zastanawiającą sytuacją są bliźniacy jednojajowi, u których występują znaczne różnice w fenotypie. W końcu sekwencja DNA jest taka sama, więc klon czy brat bliźniak nie powinni się różnić aż tak bardzo. Badacze skupili się też na ofiarach Zimy Głodu w Holandii z 1944 roku. Dzieci, które w momencie wystąpienia głodu były 10 tygodni przed urodzeniem nie wykazywały znaczących, specyficznych cech, natomiast dzieci, które w momencie wystąpienia głodu były 10 tygodni po poczęciu zaznały istotnych różnic w regulacji ekspresji DNA. Jak to się objawiało? Przykładem była wzmożona ekspresja genów kodujących enzymy odpowiedzialne za gromadzenie tłuszczu w tkance tłuszczowej. Ślady głodu ,,wymusiły’’ to na aparacie genetycznym zarodka.
Epigenetyka jest stosunkowo nowym działem genetyki. Dlatego cały czas prowadzone są przełomowe badania w tej dziedzinie. W roku 2014 opublikowano badania Kerry’ego Resslera i Briana Diasa gdzie jednoznacznie wykazano dziedziczenie epigenetyczne u myszy. Praca nosi tytuł Parental olfactory experience influences behavior and neural structure in subsequent generations. Autorzy kojarzyli szczurom zapach acetofenonu z elektrowstrząsami, co modyfikowało ekspresję receptora M71 w opuszce węchowej, z uwagi na obniżoną metylację genu kodującego owy receptor (gen Olfr151). Przykre doświadczenia miały miejsce przed poczęciem. Następnie kojarzono uczulane samce z nieuczulanymi samicami, nieuczulane samce z uczulanymi samicami w różnych konfiguracjach – z zapłodnieniem in vitro, z podrzucaniem młodych matkom adopcyjnym od matek surogatek itp. w celu wykluczenia dziedziczenia społecznego. Przeprowadzono też kojarzenie w celu uzyskania kolejnego pokolenia. Okazywało się, że dzieci oraz wnukowie uczulanych szczurów również posiadały wzmożoną ekspresję receptora M71 i obniżoną metylację genu Olfr151 oraz specyficznie reagowały na uczulany czynnik (acetofenon).
Wiadomo więc, że nasilenie ekspresji różnych genów także może być dziedziczone. A ponieważ na ekspresję tę wpływają czynniki środowiskowe, to znaczenie ma tutaj także okres przed poczęciem nowego osobnika. Jeśli więc myślimy, że paląc papierosy czy pijąc alkohol przed zajściem w ciążę nie szkodzimy przyszłemu dziecku, to grubo się mylimy. I to zarówno ze strony ojca, jak i matki. Warto zwrócić też uwagę na fakt, że dziedziczenie epigenetyczne jest istotnym uzupełnieniem Teorii Ewolucji Biologicznej, wyjaśnia bowiem zjawiska takie jak atawizmy czy obniżanie z pokolenia na pokolenie ekspresji różnych genów, gdzie przykładowo walenie posiadają geny kodujące kończyny tylne. Rzecz w tym, że ekspresja tychże genów została w toku ewolucji wyciszona. Nasilenie mukowiscydozy także może zależeć od czynników epigenetycznych.
Powinniśmy doceniać istnienie mechanizmów epigenetycznych i fakt, że są dziedziczone oraz fakt, że możemy je modyfikować czynnikami środowiskowymi. Wykazano, że zbilansowane, właściwe odżywianie, sen czy aktywność fizyczna wpływać będą na ekspresję różnych genów. Przykładowo, odpowiednio się wysypiając, zwiększamy ekspresję czynnika BDNF odpowiedzialnego za różnicowanie się nowych neuronów. Można więc półżartem stwierdzić, że mechanizmy epigenetyczne to drobne wynagrodzenie tego, że na sekwencję DNA otrzymywaną od rodziców wpływu nie mamy.
Grafika: Wikimedia Commons
(Bradbury J: Human Epigenome Project—Up and Running. PLoS Biol 1/3/2003: e82. http://dx.doi.org/10.1371/journal.pbio.0000082)
Ekspresja informacji genetycznej zależy od różnych czynników. Głównymi, a przynajmniej najlepiej poznanymi jest metylacja DNA, czyli dołączanie grupy metylowej do wysp CpG (odcinków bogatych w guaninę i cytozynę) oraz modyfikacje histonów – białek, na które nawinięta jest nić DNA. Ponadto wymienić można mikro RNA (miRNA). Są to bardzo krótkie odcinki RNA normalnie transkrybowane, zwiększające lub obniżające aktywność translacji określonych genów. Jeśli mowa o metylacji to im bardziej jest intensywna, tym dany gen będzie odczytywany z mniejszą ekspresją, im niższa, tym aktywność tego genu będzie większa. Modyfikacje histonów mogą różnie wpływać na ekspresję, zmieniając dostępność do nici DNA czynnikom transkrypcyjnym. To wszystko wiadomo już od dawna. Nowością ostatnich lat jest natomiast odkrycie dziedziczenia pozasekwencyjnego. Wcześniej myślano, że zmiany epigenetyczne są nakładane raz na całe życie w okresie przed zapłodnieniem i we wczesnym stadium zarodkowym. Okazuje się jednak, że te pozasekwencyjne, epigenetyczne zmiany mogą być dziedziczone.
Naukowców zastanawiały zajścia, kiedy to mając zwierzę i jego klon, jeden posiadał charakterystyczne inne cechy od swojego pierwowzoru. Przykładem było umaszczenie sierści kota. Inną zastanawiającą sytuacją są bliźniacy jednojajowi, u których występują znaczne różnice w fenotypie. W końcu sekwencja DNA jest taka sama, więc klon czy brat bliźniak nie powinni się różnić aż tak bardzo. Badacze skupili się też na ofiarach Zimy Głodu w Holandii z 1944 roku. Dzieci, które w momencie wystąpienia głodu były 10 tygodni przed urodzeniem nie wykazywały znaczących, specyficznych cech, natomiast dzieci, które w momencie wystąpienia głodu były 10 tygodni po poczęciu zaznały istotnych różnic w regulacji ekspresji DNA. Jak to się objawiało? Przykładem była wzmożona ekspresja genów kodujących enzymy odpowiedzialne za gromadzenie tłuszczu w tkance tłuszczowej. Ślady głodu ,,wymusiły’’ to na aparacie genetycznym zarodka.
Epigenetyka jest stosunkowo nowym działem genetyki. Dlatego cały czas prowadzone są przełomowe badania w tej dziedzinie. W roku 2014 opublikowano badania Kerry’ego Resslera i Briana Diasa gdzie jednoznacznie wykazano dziedziczenie epigenetyczne u myszy. Praca nosi tytuł Parental olfactory experience influences behavior and neural structure in subsequent generations. Autorzy kojarzyli szczurom zapach acetofenonu z elektrowstrząsami, co modyfikowało ekspresję receptora M71 w opuszce węchowej, z uwagi na obniżoną metylację genu kodującego owy receptor (gen Olfr151). Przykre doświadczenia miały miejsce przed poczęciem. Następnie kojarzono uczulane samce z nieuczulanymi samicami, nieuczulane samce z uczulanymi samicami w różnych konfiguracjach – z zapłodnieniem in vitro, z podrzucaniem młodych matkom adopcyjnym od matek surogatek itp. w celu wykluczenia dziedziczenia społecznego. Przeprowadzono też kojarzenie w celu uzyskania kolejnego pokolenia. Okazywało się, że dzieci oraz wnukowie uczulanych szczurów również posiadały wzmożoną ekspresję receptora M71 i obniżoną metylację genu Olfr151 oraz specyficznie reagowały na uczulany czynnik (acetofenon).
Wiadomo więc, że nasilenie ekspresji różnych genów także może być dziedziczone. A ponieważ na ekspresję tę wpływają czynniki środowiskowe, to znaczenie ma tutaj także okres przed poczęciem nowego osobnika. Jeśli więc myślimy, że paląc papierosy czy pijąc alkohol przed zajściem w ciążę nie szkodzimy przyszłemu dziecku, to grubo się mylimy. I to zarówno ze strony ojca, jak i matki. Warto zwrócić też uwagę na fakt, że dziedziczenie epigenetyczne jest istotnym uzupełnieniem Teorii Ewolucji Biologicznej, wyjaśnia bowiem zjawiska takie jak atawizmy czy obniżanie z pokolenia na pokolenie ekspresji różnych genów, gdzie przykładowo walenie posiadają geny kodujące kończyny tylne. Rzecz w tym, że ekspresja tychże genów została w toku ewolucji wyciszona. Nasilenie mukowiscydozy także może zależeć od czynników epigenetycznych.
Powinniśmy doceniać istnienie mechanizmów epigenetycznych i fakt, że są dziedziczone oraz fakt, że możemy je modyfikować czynnikami środowiskowymi. Wykazano, że zbilansowane, właściwe odżywianie, sen czy aktywność fizyczna wpływać będą na ekspresję różnych genów. Przykładowo, odpowiednio się wysypiając, zwiększamy ekspresję czynnika BDNF odpowiedzialnego za różnicowanie się nowych neuronów. Można więc półżartem stwierdzić, że mechanizmy epigenetyczne to drobne wynagrodzenie tego, że na sekwencję DNA otrzymywaną od rodziców wpływu nie mamy.
Grafika: Wikimedia Commons
(Bradbury J: Human Epigenome Project—Up and Running. PLoS Biol 1/3/2003: e82. http://dx.doi.org/10.1371/journal.pbio.0000082)
Nie znam się bardzo na genetyce, ale uważam, że świat idzie mocno do przodu, a za 100 czy 200 lat kto wie czy naukowcy nie wymyślą takiego "czegoś", że ludziom zaczną odrastać kończyny jak ręce czy nogi np. po amputacji.
OdpowiedzUsuńJeszcze 100 lat temu nikomu do głowy by nie przyszło przeszczepić serce, a dzisiaj to codzienność, taki Rockefeller miał robioną transplantację, aż 6 razy! 100 lat temu nikt by nie pomyślał, że można wysłać wiadomość z komórki bez kabla na drugi koniec świata w krócej niż sekundę.
A jak się ma epigenetyka do kwestii " rasa a inteligencja " , " rasa a porządek społeczny " ?
OdpowiedzUsuńCzy przystosowanie danej populacji ludzi do określonych warunków środowiskowych NIGDY nie ma wpływu na inteligencję , czy jest to tylko pobożne życzenie miłośników poprawności politycznej ?
Czy różnica cywilizacyjna między Zachodem , a choćby Afryką , jest spowodowana WYŁĄCZNIE polityką i ekonomią , czy istnieje również podłoże biologiczne tych odmienności ?
Czy gdy dana grupa ludzi jest wychowywana np. w fundamentalizmie religijnym , ich dzieci są BARDZIEJ skłonne do zachowań skrajnych , fanatycznych ?
Czy gdyby jakieś państwo totalitarne trwało dostatecznie długi okres czasu , ludność takiego kraju stałaby się ISTOTNIE bardziej potulna i uległa , w stylu wartości azjatyckich , islamskich itp. ?
I jakby tak było , to co z tym zrobić ? ;-)