Epigenetika je relatívne nové odvetvie genetiky a je označované za jeden z najdôležitejších biologických objavov od objavenia DNA. Kedysi sa myslelo, že súbor génov, s ktorými sme sa narodili, nezvratne určuje náš život. Dnes je však známe, že gény možno „zapnúť“ a „vypnúť“, ako aj dosiahnuť ich väčšiu či menšiu expresiu pod vplyvom rôznych faktorovživotný štýl. stránka vám povie, čo je to epigenetika, ako funguje a čo môžete urobiť, aby ste zvýšili svoje šance na výhru v lotérii zdravia.
Epigenetika: zmeny životného štýlu sú kľúčom k zmene génov
epigenetika- veda, ktorá skúma procesy, ktoré vedú k zmene aktivity génov bez zmeny sekvencie DNA. Jednoducho povedané, epigenetika študuje vplyv vonkajších faktorov na aktivitu génov.
Projekt Human Genome Project identifikoval 25 000 génov v ľudskej DNA. DNA možno nazvať kódom, ktorý organizmus používa na stavbu a prestavbu. Samotné gény však potrebujú „návod“, podľa ktorého určujú potrebné opatrenia a čas ich vykonania.
Epigenetické modifikácie a sú to rovnaké pokyny. Existuje niekoľko typov takýchto modifikácií, ale dve hlavné sú tie, ktoré ovplyvňujú metylové skupiny (uhlík a vodík) a históny (proteíny).
Aby ste pochopili, ako modifikácie fungujú, predstavte si, že gén je žiarovka. Metylové skupiny fungujú ako spínač svetla (t. j. gén) a históny ako regulátor intenzity svetla (t. j. regulujú úroveň aktivity génu). Takže sa verí, že človek má štyri milióny týchto spínačov, ktoré sa aktivujú pod vplyvom životného štýlu a vonkajších faktorov.
Kľúčom k pochopeniu vplyvu vonkajších faktorov na aktivitu génov bolo pozorovanie života jednovaječných dvojčiat. Pozorovania ukázali, aké silné môžu byť zmeny v génoch takýchto dvojčiat, vedúcich odlišný životný štýl v rôznych vonkajších podmienkach. Teoreticky by jednovaječné dvojčatá mali mať „bežné“ choroby, ale často to tak nie je: alkoholizmus, Alzheimerova choroba, bipolárna porucha, schizofrénia, cukrovka, rakovina, Crohnova choroba a reumatoidná artritída sa môže vyskytnúť len u jedného dvojčaťa v závislosti od rôznych faktorov. Dôvodom je toto epigenetický drift - veková zmena génová expresia.
Tajomstvá epigenetiky: Ako faktory životného štýlu ovplyvňujú gény
Výskum v oblasti epigenetiky ukázal, že iba 5 % génové mutácie spojené s chorobami sú úplne deterministické; ostatných 95% môže byť ovplyvnených stravou, správaním a inými faktormi vonkajšie prostredie. Program zdravého životného štýlu vám umožňuje zmeniť aktivitu 4 000 až 5 000 rôznych génov.
Nie sme len súhrnom génov, s ktorými sme sa narodili. Je to človek, ktorý je užívateľom, je to on, kto ovláda svoje gény. Zároveň nie je až také dôležité, ktoré genetické mapy"Príroda ti dala - je dôležité, čo s nimi urobíš."
Epigenetika je zapnutá počiatočná fáza vývoj, je potrebné sa ešte veľa naučiť, ale existujú dôkazy o tom, aké kľúčové faktory životného štýlu ovplyvňujú génovú expresiu.
- Výživa, spánok a cvičenie
Nie je prekvapujúce, že výživa môže ovplyvniť stav DNA. Strava bohatá na spracované sacharidy vedie k „útokom“ DNA vysoké úrovne krvná glukóza. Na druhej strane poškodenie DNA možno zvrátiť:
- sulforafan (nachádza sa v brokolici);
- kurkumín (ako súčasť kurkumy);
- epigalokatechín-3-galát (nachádza sa v zelenom čaji);
- resveratrol (nachádza sa v hrozne a víne).
Čo sa týka spánku, už len týždeň nedostatku spánku negatívne ovplyvňuje činnosť viac ako 700 génov. Expresiu génov (117) priaznivo ovplyvňuje šport.
- Stres, vzťahy a dokonca aj myšlienky
Epigenetici tvrdia, že gény neovplyvňujú len „hmatateľné“ faktory ako strava, spánok a cvičenie. Ako sa ukazuje, stres, vzťahy s ľuďmi a vaše myšlienky sú tiež významnými faktormi ovplyvňujúcimi génovú expresiu. Takže:
- meditácia potláča expresiu prozápalových génov, pomáha bojovať proti zápalu, t.j. chrániť pred Alzheimerovou chorobou, rakovinou, srdcovými chorobami a cukrovkou; zároveň je účinok takejto praxe viditeľný po 8 hodinách vyučovania;
- 400 vedeckých štúdií preukázalo, že vďačnosť, láskavosť, optimizmus a rôzne techniky, ktoré zahŕňajú myseľ a telo, majú pozitívny vplyv na génovú expresiu;
- nedostatok aktivity zlá výživa, neustále negatívne emócie, toxíny a zlé návyky, ako aj trauma a stres spúšťajú negatívne epigenetické zmeny.
Trvanie výsledkov epigenetických zmien a budúcnosť epigenetiky
Jedným z najprekvapivejších a najkontroverznejších objavov je, že epigenetické zmeny sa prenášajú na ďalšiu generáciu bez zmeny sekvencie génov. Dr. Mitchell Gaynor, autor knihy Plán génová terapia: Prevezmite kontrolu nad svojim genetickým osudom prostredníctvom stravy a životného štýlu,“ verí, že génová expresia je tiež zdedená.
Epigenetika, hovorí Dr. Randy Jirtle, dokazuje, že sme zodpovední aj za integritu nášho genómu. Kedysi sme si mysleli, že všetko závisí od génov. Epigenetika nám umožňuje pochopiť, že naše správanie a zvyky môžu ovplyvniť expresiu génov v budúcich generáciách.
Epigenetika je komplexná veda s veľkým potenciálom. Je potrebné urobiť ešte veľa práce, aby sme presne určili, aké environmentálne faktory ovplyvňujú naše gény, ako môžeme (a môžeme) zvrátiť choroby alebo im čo najefektívnejšie predchádzať.
4612 0
AT posledné roky medicínska veda stále viac obracia svoju pozornosť od štúdia genetického kódu k záhadným mechanizmom, ktorými DNA realizuje svoj potenciál: je zabalená a interaguje s proteínmi našich buniek.
Takzvané epigenetické faktory sú dedičné, reverzibilné a zohrávajú obrovskú úlohu pri udržiavaní zdravia celých generácií.
Epigenetické zmeny v bunke môžu spustiť rakovinu, neurologické a duševná choroba, autoimunitné poruchy - nie je prekvapujúce, že epigenetika priťahuje pozornosť lekárov a výskumníkov z rôznych oblastí.
Nestačí, že vo vašich génoch je zakódovaná správna nukleotidová sekvencia. Expresia každého génu je neuveriteľne zložitý proces, ktorý si vyžaduje dokonalú koordináciu akcií niekoľkých zúčastnených molekúl naraz.
Epigenetika vytvára ďalšie problémy pre medicínu a vedu, ktorým len začíname rozumieť.
Každá bunka v našom tele (až na pár výnimiek) obsahuje rovnakú DNA, darovanú našimi rodičmi. Nie všetky časti DNA však môžu byť aktívne súčasne. Niektoré gény fungujú v pečeňových bunkách, iné v kožných a iné v nervových – preto sa naše bunky od seba nápadne líšia a majú svoju špecializáciu.
Epigenetické mechanizmy zabezpečujú, že špecifický typ bunky bude spúšťať kód, ktorý je pre daný typ jedinečný.
Pre ľudský život niektoré gény môžu „spať“ alebo sa náhle aktivovať. Tieto nejasné zmeny sú ovplyvnené miliardami životných udalostí – presťahovanie sa na nové miesto, rozvod s manželkou, chodenie do posilňovne, kocovina alebo pokazený sendvič. Takmer všetky udalosti v živote, veľké aj malé, môžu ovplyvniť aktivitu určitých génov v nás.
Definícia epigenetiky
V priebehu rokov sa slová "epigenéza" a "epigenetika" používali v rôznych oblastiach biológie a len relatívne nedávno vedci dospeli ku konsenzu a stanovili ich konečný význam. Až stretnutie v Cold Spring Harbor v roku 2008 ukončilo zmätok raz a navždy, keď bola navrhnutá oficiálna definícia epigenetiky a epigenetickej zmeny.Epigenetické zmeny sú zdedené zmeny génovej expresie a bunkového fenotypu, ktoré neovplyvňujú samotnú sekvenciu DNA. Pod fenotypom sa rozumie celý súbor charakteristík bunky (organizmu) - v našom prípade ide o štruktúru kostného tkaniva a biochemické procesy, inteligenciu a správanie, tón pleti a farbu očí atď.
Samozrejme, fenotyp organizmu závisí od jeho genetického kódu. Čím ďalej sa však vedci zaoberali otázkami epigenetiky, tým viac sa ukázalo, že niektoré vlastnosti organizmu sa dedia z generácie na generáciu bez zmien v genetickom kóde (mutácie).
Pre mnohých to bolo zjavenie: organizmus sa môže zmeniť bez zmeny génov a preniesť tieto nové črty na potomkov.
Epigenetický výskum v posledných rokoch ukázal, že faktory prostredia – život medzi fajčiarmi, neustály stres, zlá strava – môžu viesť k vážnym poruchám vo fungovaní génov (nie však v ich štruktúre) a že tieto poruchy sa ľahko prenášajú na ďalšie generácie. Dobrou správou je, že sú reverzibilné a v niektorých N-tých generáciách sa môžu rozpustiť bez stopy.
Aby ste lepšie pochopili silu epigenetiky, predstavte si náš život ako dlhý film.
Naše bunky sú herci a herečky a naša DNA je vopred pripravený scenár, v ktorom každé slovo (gén) dáva hereckému obsadeniu potrebné príkazy. Na tomto obrázku je režisérom epigenetika. Scenár môže byť rovnaký, ale režisér má moc odstrániť určité scény a kúsky dialógov. V živote teda epigenetika rozhoduje o tom, čo a ako povie každá bunka nášho obrovského tela.
Epigenetika a zdravie
Metylácia, zmeny v histónových proteínoch alebo nukleozómoch (“baliaca DNA”) môžu byť zdedené a viesť k ochoreniu.Najviac študovaným aspektom epigenetiky je metylácia. Toto je proces pridávania metylových (CH3-) skupín do DNA.
Normálne metylácia ovplyvňuje transkripciu génov - kopírovanie DNA do RNA alebo prvý krok replikácie DNA.
Štúdia z roku 1969 prvýkrát ukázala, že metylácia DNA môže zmeniť dlhodobú pamäť jednotlivca. Odvtedy sa lepšie pochopila úloha metylácie pri rozvoji mnohých chorôb.
Choroby imunitného systému
Dôkazy zozbierané v posledných rokoch nám hovoria, že strata epigenetickej kontroly nad zložitými imunitnými procesmi môže viesť k autoimunitným ochoreniam. Abnormálna metylácia v T-lymfocytoch sa teda pozoruje u ľudí trpiacich lupusom, zápalovým ochorením, pri ktorom imunitný systém infikuje orgány a tkanivá hostiteľa.Iní vedci sa domnievajú, že metylácia DNA je pravý dôvod rozvoj reumatoidnej artritídy.
Neuropsychiatrické ochorenia
Niektorí duševná choroba poruchy autistického spektra a neurodegeneratívne ochorenia sú spojené s epigenetickou zložkou. Najmä s DNA metyltransferázami (DNMT), skupinou enzýmov, ktoré prenášajú metylovú skupinu na DNA nukleotidové zvyšky.Úloha metylácie DNA pri vzniku Alzheimerovej choroby je už prakticky dokázaná. Veľká štúdia zistila, že aj pri absencii klinických príznakov gény nervové bunky u pacientov náchylných na Alzheimerovu chorobu sú metylované inak ako v normálnom mozgu.
Teória o úlohe metylácie pri rozvoji autizmu bola navrhnutá už dlho. Početné pitvy skúmajúce mozgy chorých ľudí potvrdzujú, že ich bunkám chýba proteín MECP2 (proteín viažuci metyl-CpG 2). Ide o mimoriadne dôležitú látku, ktorá viaže a aktivuje metylované gény. Pri absencii MECP2 je funkcia mozgu narušená.
Onkologické ochorenia
Je dobre známe, že rakovina závisí od génov. Ak sa do 80. rokov 20. storočia verilo, že ide len o genetické mutácie, dnes si vedci uvedomujú úlohu epigenetických faktorov vo výskyte, progresii rakoviny, ba dokonca aj v jej odolnosti voči liečbe.V roku 1983 sa rakovina stala prvou ľudskou chorobou, ktorá bola spojená s epigenetikou. Potom vedci zistili, že bunky kolorektálny karcinóm oveľa menej metylované ako normálne črevné bunky. Nedostatok metylových skupín vedie k nestabilite chromozómov a spúšťa sa onkogenéza. Na druhej strane nadbytok metylových skupín v DNA uspáva niektoré gény zodpovedné za potlačenie rakoviny.
Keďže epigenetické zmeny sú reverzibilné, ďalší výskum otvára cestu pre inovatívne terapie rakoviny.
V Oxford Journal of Carcinogenesis v roku 2009 vedci napísali: „Skutočnosť, že epigenetické zmeny, na rozdiel od genetických mutácií, sú potenciálne reverzibilné a možno ich obnoviť do normálu, robí z epigenetickej terapie sľubnú možnosť.“
Epigenetika je stále mladá veda, no vďaka mnohostrannému vplyvu epigenetických zmien na bunky sú jej úspechy už dnes úžasné. Škoda, že nie skôr ako o 30-40 rokov si naši potomkovia budú môcť naplno uvedomiť, koľko to znamená pre zdravie ľudstva.
: Master of Pharmacy a Professional Medical Translator
Prečo sa niektorí fajčiari dožívajú viac ako sto rokov, kým ľudia, ktorí vedú zdravý životný štýl, môžu vážne ochorieť? Na tieto otázky môže odpovedať epigenetika – veda, ktorá skúma zmeny v aktivite génov, ktoré neovplyvňujú štruktúru DNA. T&P uverejňuje recenziu na knihu nemeckého neurovedca Petra Šporka o jednej z najperspektívnejších vedných disciplín.
Vznik epigenetiky
Peter Špork píše o pomerne mladej vede. Názov „epigenetika“ sa objavil v roku 1942, keď Conrad Waddington, anglický biológ, ktorý položil základy systémovej biológie, navrhol tento termín ako kríženec medzi „genetikou“ a aristotelovskou „epigenézou“ – doktrínou sekvenčného embryonálneho vývoja. Vieme o Aristotelovom klasickom experimente s lámaním kuracie vajcia- pomocou nej sa filozofovi podarilo zistiť, že srdce sa najskôr tvorí v embryu a vzhľad vnútorných častí predchádza vývoju vonkajších. V štyridsiatych rokoch minulého storočia, keď vedcom stále nebola jasná fyzická povaha genómu, bol Waddingtonov návrh epigenetickej krajiny revolučný.
Analogicky s geografickou krajinou, na ktorej tečú rieky od prameňa k ústiu, si možno predstaviť vývoj organizmu ako tok rieky - zdrojom sa v tomto prípade stane koncepcia a ústa - zrelosť. Netreba však zabúdať na reliéf, pozdĺž ktorého koryto prechádza: túto metaforu možno použiť na označenie vonkajšie podmienky ktoré ovplyvňujú vývoj organizmu. Lavína, pád skál alebo dokonca zemetrasenie môže zmeniť tok rieky. Prispôsobovaním sa novým podmienkam telo prechádza mutáciami, čo je základom variability – najdôležitejšej časti biologickej evolúcie.
"Skutočnosť, že bunky prenášajú iba svoj genóm, už nie je vedeckou realitou."
Peter Špork
neurofyziológ
V 60. a 70. rokoch sa začalo aktívne štúdium génov. Teraz všetci vieme, že mnohé gény majú informácie o štruktúre bunky a o tom, ako funguje a sú aktívne počas celého života človeka. Vedci však čelia skutočnosti, že mnohé gény fungujú prerušovane a spôsob ich začlenenia závisí od vonkajších faktorov. Presne takýmito mechanizmami sa zaoberá epigenetika – veda, ktorá skúma zmeny v aktivite génov, ktoré neovplyvňujú štruktúru DNA. Názor, že všetky funkcie ľudského tela sú spôsobené sekvenciou reťazca DNA, je teda vyvrátený epigenetikou. Inými slovami, epigenetika môže vysvetliť, ako môže prostredie ovplyvniť zapínanie a vypínanie našich génov. najprv nobelová cena za objavy v oblasti epigenetiky bol ocenený až v roku 2006 – išlo o vedcov z USA.
Druhý kód
Špork porovnáva ľudské gény s počítačovým hardvérom. Je dobré mať drahú grafickú kartu a výkonný procesor. Ale čo softvér? Dá sa bez nej vykonať tá najzákladnejšia akcia – písanie textu, prezeranie obrázka? Epigenetici sú len softvér nášho tela. V blízkej budúcnosti majú vedci v úmysle preskúmať, ako sa zmenou životného štýlu môžeme naučiť ovládať svoje gény a predĺžiť život sebe i svojim potomkom.
Genetika a jej neslávne známy vedný odbor, eugenika, predpokladali, že iba genetický materiál ovplyvňuje vývojový stav organizmu. Randy Jertle, biológ z Duke University (Durham, USA), to vyvrátil vizuálnym experimentom: počas tehotenstva dával geneticky identickým laboratórnym myšiam rôzne jedlá. Myši narodené matkám kŕmeným doplnkami stravy boli zdravé a hnedé, zatiaľ čo myši zbavené takejto stravy sa narodili žlté a choré. Tieto zmeny budú naďalej ovplyvňovať celý nasledujúci život zvierat: zlá výživa v nich vyradila niektoré gény, ktoré určujú farbu srsti a odolnosť voči chorobám. Gény embryí v čase kŕmenia boli už vytvorené a neovplyvnené - preto bolo ovplyvnené niečo iné. Práve týmito mechanizmami pôsobenia sa zaoberá epigenetika – „over-genetika“, ktorá študuje epigenómy umiestnené akoby nad genómom buniek.
"Vďaka epigenómu majú bunky pamäť"
Renato Paro
Profesor na ETH Zurich
Pravdou je, že ak by náš vývoj určoval iba genóm len štyroch rôznych komponentov, akási „schéma zapojenia“, potom by sme boli všetci na tom rovnako. „Dokonca aj šimpanzy by sa od nás trochu nelíšili,“ píše Špork. Práve vďaka epigenómu, „druhému kódu“, je naše telo schopné budovať bunky odlišné typy- vlasy, pečeň, mozog - hoci majú rovnaký genóm. Epigenóm je teda návodom, ako spravovať genóm. Práve on je zodpovedný za aktiváciu a deaktiváciu určitých génov a programuje rýchlosť starnutia buniek. Je zrejmé, že ak by každá bunka čítala všetky svoje gény súčasne a syntetizovala všetky možné proteíny, organizmus by nemohol fungovať. To, čo nás v škole učili, že bunky len odovzdávajú svoj genóm, už nezodpovedá vedeckej realite. V skutočnosti bunky dedia aj epigenóm.
„Epigenetické prepínače určujú, ktoré gény bunka môže a nemôže v zásade použiť. Tak epigenóm vytvára gramatiku, ktorá štruktúruje text života.“
Peter Špork
neurofyziológ
Vplyv epigenetiky na gerontológiu je obrovský. Vedci dnes vedia, že napriek existencii nemenného genómu má osud človeka do značnej miery vo vlastných rukách. „Zmeňte svoj životný štýl a spustíte reťaz biochemických zmien, ktoré vám a možno aj všetkým vašim potomkom budú nenápadne, ale trvalo pomáhať po zvyšok ich života na Zemi,“ navrhuje Špork. A napriek tomu, že toto vyhlásenie je také, ako sľubujú všetky svetové náboženstvá, má prísne biologické dôvody.
Od prelomového dokončenia projektu Human Genome Project v roku 2003 čelia vedci novým výzvam. Lekárnici už dúfali v nové génové lieky, no ukázalo sa, že zlyhanie funkcie niektorého konkrétneho génu málokedy vedie k rozvoju vopred diagnostikovanej choroby. Všetko sa ukázalo byť oveľa komplikovanejšie, ako to na začiatku vyzeralo. Vedci zistili, že genóm nie je stabilný text. Počet génov sa môže zvýšiť napríklad 16-krát a samotné gény môžu byť modifikované, rozdelené a znovu ukotvené: takéto gény sa nazývajú transpozóny.
Vedci stavili na akýsi genofond – na konci výskumu museli uhádnuť, koľko génov bude mať človek. Odhady sa rôznili – počet génov vyskočil z 27 na 160 tisíc. Po dokončení sekvenovania ľudského genómu v roku 2003 sa ukázalo, že genetický kód améby je dvestokrát dlhší ako ľudský - ten má len asi 22-tisíc génov. Prečo sa zložitosť organizmov neodráža v ich DNA? Alebo možno zložitejšie organizmy majú kompaktnejšiu DNA? Čo však potom robiť s kvasinkami, ktorých DNA je dvestokrát kratšia ako ľudská?
Epigenetika odpovedala na otázku, ako môže mať človek menej génov ako améba alebo burina: vyššie organizmy sú schopné syntetizovať mnoho variantov proteínov z jednej „schémy“. Inými slovami, celá pointa je v génovej regulácii – objavuje sa len v zložitých organizmoch a čím je zložitejšia, tým je jej životná aktivita usporiadaná rozmanitejšia. Napriek malému počtu génov je teda človek vďaka svojmu epigenómu oveľa zložitejší ako iné organizmy. Rovnaká téza epigenetikov odpovedá aj na ďalšiu populárnu otázku: prečo sa málo líšime od šimpanzov, ak je zhoda našich genómov 98,7 %? Hoci rozdiely v genetickom materiáli sú minimálne, epigenetické rozdiely sú obrovské.
„Akonáhle prostredie ovplyvní zmenu v našich epigenómoch, priepasť medzi biologickými a sociálnymi procesmi sa takmer odstráni. A zásadne to mení náš pohľad na život.“
Vedúci špecialista, McGill University, Montreal
Ďalšia otázka, ktorá mohla byť položená evolučným biológom pred niekoľkými desaťročiami, je, ako sa ľudia z dlhodobého hľadiska prispôsobujú svojmu prostrediu? Predtým veda vedela len o dvoch extrémoch – evolúcii, ktorá trvá tisíce rokov, a hormonálnych zmenách, ktoré fungujú super-rýchlo. Ukázalo sa však, že dôležitý stredný mechanizmus je medzi nimi – epigenetické prepínače. Práve tie tvoria naše prispôsobenie sa prostrediu na obdobie primerané obdobiu ľudského života. Dôležité je najmä to, že nimi vykonané zmeny budú pôsobiť dlho – aj keď sa do bunky nedostanú nové signály. Je tak jasnejšie, prečo strava našej matky alebo skúsenosti z raného detstva môžu ovplyvniť zvyšok nášho života. Nemali by sme si však myslieť, že epigenóm je absolútne nehybný systém. Človek je schopný meniť vlastnosti svojho tela, k lepšiemu aj k horšiemu.
Ako pôsobí epigenóm
motýle, mravce a včely
Treba si uvedomiť, že epigenetický systém nie je len výsadou človeka. Peter Špork opisuje, ako ako dieťa pozoroval premeny húsenice jastraba. Primitívna húsenica sa pomocou epigenetických zmien dokázala prerodiť na krásneho motýľa. Počas zimy sa premenili miliardy buniek húsenice – zmenili sa jej metylové a acetylové skupiny, preskupila sa RNA, zmenil sa tvar histónov – všetky tieto zmeny nesúviseli s genetikou, ale s epigenetikou. V DNA každej bunky jastraba sú genetické kódy pre húsenice aj motýle. Prepínanie medzi týmito dvoma vzormi však úplne závisí od epigenetického kódu.
"Genóm a proteíny fungujú ako jedna obrovská knižnica: DNA obsahuje texty a epigenetické štruktúry fungujú ako knihovníci, katalógy a indexy, ktoré spravujú a organizujú informácie."
Peter Špork
neurofyziológ
Ďalším príkladom dôležitosti epigenómu sú včely medonosné, ktoré sa spočiatku vyvíjajú ako identické larvy. V momente, keď sa dostanú z vajíčok, príroda ešte nerozhodla, ktorá z nich bude kráľovnou a ktorá včelou robotnicou. Všetky z nich majú potenciál stať sa včelou kráľovnou. Tri dni po vyliahnutí, keď ošetrovateľky kŕmia larvy materskou kašičkou, dochádza k diferenciácii jedincov. To priamo závisí od výživy - niektoré larvy sa postupne prenášajú do potravy z bežného peľu a nektáru. Iní sú však kŕmení až do zakuklenia „materskou kašičkou“, ktorá obsahuje vitamíny a kyselinu listovú, ktoré ovplyvňujú epigenóm. V roku 2008 sa skupine austrálskych výskumníkov podarilo vyrobiť včelie kráľovné bez mlieka – manipulovali iba s epigenetickými prepínačmi.
Pre mravce je dôležitý aj vplyv prostredia a epigenóm. Najväčší z nich – vojaci – sú tristokrát väčší ako záhradkári, ktorí sa o huby starajú. Napriek týmto rozdielom sú všetky tieto mravce jedným druhom a navyše sú bratmi a sestrami „rovnakej maternice“. Vedci sa prikláňajú k názoru, že teplota a vlhkosť miesta, v ktorom sa larva mravca vyvíja, je tým rozhodujúcim faktorom, ktorý určuje jej budúcu „kastu“. Vnímavý epigenóm mravcov, čítajúci signály prostredia, zapína rôzne gény a mravec sa vyvíja jedným z možných spôsobov.
Ako vám epigenetika pomôže žiť dlhšie
Pre celé ľudstvo je však najdôležitejšia otázka, ako objavy epigenetiky ovplyvnia dĺžku ľudského života. „Prečo zomierajú na rakovinu ľudia, ktorí pravidelne cvičia, nikdy nefajčia a celý život sa toho drží Zdravé stravovanie? Prečo niektorí trpia Alzheimerovou chorobou už v sedemdesiatke a iní oslavujú storočnicu pri zdravom rozume a triezvej pamäti? pýta sa Peter Špork. Dôležité je, že epigenetické štúdie ukázali, že len veľmi zriedkavo je za chorobu zodpovedný jeden zmenený, „nesprávny“ gén. Úloha génov pri chorobách obezity, cukrovky či infarktu je značne zveličená – pre poruchu sa musí zbiehať veľa faktorov. Choroby vznikajú nielen zlou dedičnosťou, ale aj vplyvom prostredia – preto to, čo počas života jeme, môže meniť epigenetické systémy. Nielen to, epigenetické prepínače môžu deaktivovať už zmutované gény. Touto „liečbou“ náš epigenóm (ak dobre funguje) znižuje riziko napríklad rakoviny či srdcového zlyhania. Epigenóm však môže škodiť aj vypnutím potrebných génov.
Odpoveď na otázku, prečo ľudia, ktorí vedú zdravý životný štýl, môžu vážne ochorieť, spočíva v zvláštnostiach epigenetických spínačov: väčšina z nich funguje už v maternici alebo v prvých rokoch života. Úplne prvé rozhodnutia epigenetického systému môžu človeka ovplyvniť počas jeho života, pretože v ranom štádiu epigenóm, ako to bolo, položí „kanál“ epigenetickej krajiny, čo spôsobuje jej ďalší vývoj.
„Údolia epigenetickej krajiny sa časom len prehlbujú. To znamená, že v našich pokročilých rokoch je naše zdravie niekedy oveľa viac ovplyvnené stravou našej mamy v tehotenstve ako jedlom v aktuálnom okamihu života. A zmes signalizačných látok, ktoré sa nám dostali do mozgu niekoľko mesiacov pred narodením a potom, čo sme sa narodili, často určuje osobnosť silnejšie ako výchova, ktorú dostávame počas mnohých nasledujúcich rokov.
Peter Špork
neurofyziológ
Vedci zistili, že hlavným cieľom epigenómov je okamžite kvalitatívne „zmraziť“ reakcie na prostredie tak, aby rozhodnutia, ktoré raz telo urobí, zostali čo najdlhšie. Príkladom je vývoj potných žliaz – všetci ľudia ich majú rovnaký počet, no každý sa potí inak. Je to spôsobené tým, že prvé tri roky života nie sú potné žľazy aktívne a koľko z nich je aktivovaných závisí od teploty okolia. Napríklad tí, ktorí sa narodili v Afrike, sa budú počas života – kdekoľvek žijú – potiť viac ako tí, ktorí sa narodili v Nemecku. Ale keď aj v teplom počasí rodičia svoje deti zabalia, prirodzený mechanizmus sa naruší a deti zostávajú potené po celý život.
Takto sa epigenetické programovanie vyskytuje v ranom detstve, ale nemali by sme si myslieť, že človek je odsúdený na zánik, pokiaľ nepodnikne pozitívne kroky v samom nízky vek. Pre ľudí, ktorí nemajú dobrá imunita, je užitočné vynaložiť veľké úsilie na preprogramovanie svojho „softvéru“. Napríklad lekári, aby sa vyhli vrodenému ochoreniu detí, Spina bifida - syndróm rozštiepenej chrbtice - ženám radia, aby začali užívať kyselinu listovú, ktorá sa pridáva do soli, ešte pred počatím. V USA a Kanade je dokonca zákonom predpísané pridávanie do múky. Pozitívny účinok kyseliny listovej spočíva v tom, že stimuluje prácu epigenetického enzýmu: tým, že pomáhate svojmu epigenetickému systému, môžete potlačiť predispozíciu k chorobám.
Peter Špork radí neprepadať panike po obede vo fastfoode: zdravé jedlo by sa malo stať normou, ale netreba z toho robiť kult. Diverzita stravy je oveľa lepšia ako vitamínové prípravky: čerstvá zelenina a ovocie rýchlejšie obohatí naše telo. Ale ak hovoríme o prírodných stimulantoch epigenómu, potom si môžeme urobiť akési „epigenetické menu“. Určite v ňom nebude chýbať sója, kurkuma a zelený čaj. Práve tieto potraviny najlepšie stimulujú enzýmový systém epigenómu tak, aby produkoval pozitívne zmeny v našich bunkách. Netreba však zabúdať ani na toxíny, ktoré epigenetickému systému jednoznačne škodia, najmä v raných štádiách vývoja. Ide samozrejme o pesticídy, nikotín, alkohol a veľké dávky kofeín, ako aj zlúčenina bisfenol-A obsiahnutá v plastové fľaše a vo vnútornom obložení plechoviek. Táto látka prechádza z polymérov priamo do potravín.
Ostrovy dlhovekosti
Epigenetici, ktorí porovnávali biografie storočných, našli zaujímavý vzor. Čo má napríklad spoločné 122-ročná Jeanne-Louise Calment z Francúzska, ktorá prestala fajčiť na čísle 119 (iba preto, že nevedela fajčiť sama) a pije portské víno s obyvateľmi japonského súostrovia Rjúkjú? , ktorí sa dožívajú až sto rokov? Ako sa ukazuje, takmer všetci storoční ľudia žili na miestach s miernym podnebím, kde trávili veľa času čerstvý vzduch hýbať sa a jesť zdravé jedlo. Ďalším faktorom je, že storoční ľudia často jedia v malých porciách a sú skôr trochu podvyživení, takže od stola odchádzajú trochu hladní. Spolu s fyzickou a duševnou aktivitou môže takáto stratégia urobiť človeka nielen dlhotrvajúcim, ale aj zdravým: takíto ľudia neochorejú ani v starobe a zomierajú najmä na opotrebovanie orgánov. Treba poznamenať, že medzi storočnými ľuďmi bolo málo zdravotných fanatikov: nikto z nich neviedol asketický životný štýl a niektorí z nich, ako napríklad Kalman, dokonca fajčili - tento zvyk jej však nemohol uškodiť skôr pre silu jej epigenetiky. systém.
Peter Špork v zhrnutí svojej knihy spomína na výskum uskutočnený medzi hladnými počas druhej svetovej vojny v Holandsku. Vďaka matrikám narodených vieme, že veľa detí, ktoré sa narodili počas hladomoru, sa narodilo s kratšou dĺžkou života a nízkym vzrastom. Reťaz pokračovala: tieto deti, vyrastajúce, rodili zasa aj veľmi malé deti, hoci žili v podmienkach hojnosti. Epigenetické zmeny netreba podceňovať: treba pamätať na to, že všetky škody, ktoré si spôsobíme, sa prejavia na nasledujúcich generáciách a prenesú sa cez epigenetický systém, preto každý z nás nesie obrovskú zodpovednosť.
Ale ako má potom človek žiť? Sporck varuje zdravotných fanatikov: Alkohol, hranolky a lenivé večery pred počítačom by ste nemali zo svojho života vyškrtávať, pretože môžu viesť k ešte škodlivejšiemu stresu. Hlavná vec je, že sa to všetko nestane zvykom a spôsobom života. Epigenetika nie je kult vegetariánstva alebo abstinencie; naznačuje to len to, že v živote existujú kritické vývojové obdobia, keď sú naše epigenómy veľmi citlivé na environmentálne podnety. Preto je potrebné, aby tehotné ženy boli obzvlášť pozorné k svojmu zdraviu, chorí ľudia - aby svoje zdravie pozitívne ovplyvňovali pomocou fyzického a duševného úsilia a zdraví ľudia - aby sa starali o seba a svojich blízkych a mysleli na zdravie svojho vnúčatá.
"My a naši rodičia sme do značnej miery ponechaní na to, aby sme sa rozhodli, kam poslať svoj genóm - a možno aj genóm našich potomkov."
Peter Špork
Epigenetika je oblasť genetiky, ktorá sa nedávno objavila ako samostatná oblasť výskumu. Ale dnes táto mladá dynamická veda ponúka revolučný pohľad na molekulárne mechanizmy vývoja živých systémov.
Jedna z najodvážnejších a najinšpiratívnejších epigenetických hypotéz, že činnosť mnohých génov je ovplyvnená zvonku, sa v súčasnosti potvrdzuje v rôznych experimentoch na zvieracích modeloch. Vedci svoje výsledky komentujú opatrne, no nevylučujú to Homo sapiens nezávisí plne od dedičnosti, a preto ju môže cielene ovplyvňovať.
Ak budú mať vedci pravdu a podarí sa im nájsť kľúče k mechanizmom génovej kontroly, človek sa stane predmetom fyzikálnych procesov prebiehajúcich v tele. Starnutie môže byť jedným z nich.
Na obr.
mechanizmus RNA interferencie.
Molekuly dsRNA môžu byť vlásenková RNA alebo dva párové komplementárne RNA vlákna.
Dlhé molekuly dsRNA sú v bunke štiepené (spracované) na krátke pomocou enzýmu Dicer: jedna z jeho domén špecificky viaže koniec molekuly dsRNA (označený hviezdičkou), zatiaľ čo druhá vytvára zlomy (označené bielymi šípkami) v oba reťazce dsRNA.
V dôsledku toho sa vytvorí dvojvláknová RNA s dĺžkou 20–25 nukleotidov (siRNA) a Dicer pokračuje v ďalšom cykle rezania dsRNA a viaže sa na svoj novovytvorený koniec.
Tieto siRNA môžu byť zahrnuté v komplexe obsahujúcom proteín Argonaute (AGO). Jeden z reťazcov siRNA v komplexe s proteínom AGO nachádza molekuly komplementárnej mediátorovej RNA (mRNA) v bunke. AGO štiepi cieľové molekuly mRNA, čo spôsobuje degradáciu mRNA alebo zastavuje transláciu mRNA na ribozóme. Krátke RNA môžu tiež potlačiť transkripciu (syntézu RNA) génu, ktorý je s nimi homológny v nukleotidovej sekvencii génu v jadre.
(nákres, schéma a komentár / časopis "Priroda" č. 1, 2007)
Možné sú aj iné, zatiaľ neznáme mechanizmy.
Rozdiel medzi epigenetickými a genetickými mechanizmami dedičnosti je v ich stabilite, reprodukovateľnosti účinkov. Geneticky podmienené znaky je možné reprodukovať donekonečna, kým nenastane určitá zmena (mutácia) v príslušnom géne.
Epigenetické zmeny vyvolané určitými stimulmi sa zvyčajne reprodukujú v sérii bunkových generácií počas života jedného organizmu. Keď sa prenesú na ďalšie generácie, môžu sa reprodukovať maximálne 3-4 generácie a potom, ak zmizne stimul, ktorý ich vyvolal, postupne miznú.
Ako to vyzerá na molekulárnej úrovni? Epigenetické markery, ako sa tieto chemické komplexy zvyčajne nazývajú, sa nenachádzajú v nukleotidoch, ktoré tvoria štruktúrnu sekvenciu molekuly DNA, ale na nich a priamo zachytávajú určité signály?
Celkom správne. Epigenetické markery skutočne nie sú v nukleotidoch, ale NA nich (metylácia) alebo MIMO nich (acetylácia chromatínových histónov, mikroRNA).
Čo sa stane, keď sa tieto markery prenesú na ďalšiu generáciu, najlepšie vysvetlíme pomocou analógie vianočný stromček. „Hračky“ (epigenetické markery), ktoré prechádzajú z generácie na generáciu, sa z nej úplne odstránia počas tvorby blastocysty (8-bunkové embryo) a potom sa počas implantácie „nasadia“ na tie isté miesta, kde boli predtým. . To je známe už dlho. Ale to, čo sa nedávno stalo známym a čo úplne zmenilo naše chápanie biológie, súvisí s epigenetickými modifikáciami získanými počas života daného organizmu.
Napríklad, ak je organizmus pod vplyvom určitého účinku (tepelný šok, hladovanie a pod.), dochádza k neustálemu vyvolávaniu epigenetických zmien („kúpa novej hračky“). Ako sa predtým predpokladalo, takéto epigenetické markery sa počas oplodnenia a tvorby embryí bez stopy vymažú, a teda sa neprenášajú na potomkov. Ukázalo sa, že to tak nebolo. AT vo veľkom počteštúdie posledných rokov, epigenetické zmeny vyvolané environmentálnym stresom u predstaviteľov jednej generácie boli zistené u predstaviteľov 3-4 nasledujúcich generácií. To naznačuje možnosť dedenia získaných vlastností, čo sa donedávna považovalo za absolútne nemožné.
Čo sú kritických faktorov spôsobuje epigenetické zmeny?
To všetko sú faktory pôsobiace počas citlivých (senzitívnych) štádií vývoja. U človeka ide o celé obdobie vnútromaternicového vývoja a prvé tri mesiace po narodení. Najdôležitejšie sú výživa, vírusové infekcie, fajčenie matky v tehotenstve, nedostatočná tvorba vitamínu D (pri slnečnom žiarení), stres matky.
To znamená, že zvyšujú adaptáciu tela na meniace sa podmienky. A akí "poslovia" existujú medzi environmentálnymi faktormi a epigenetickými procesmi - zatiaľ nikto nevie.
Okrem toho však existujú dôkazy, že „najcitlivejším“ obdobím, počas ktorého sú možné hlavné epigenetické modifikácie, je perikoncepčné obdobie (prvé dva mesiace po počatí). Je možné, že pokusy o priamy zásah do epigenetických procesov ešte pred počatím, teda na zárodočných bunkách ešte pred vytvorením zygoty, sa môžu ukázať ako účinné. Epigenóm však zostáva dostatočne plastický aj po ukončení štádia embryonálneho vývoja, niektorí výskumníci sa ho snažia korigovať aj u dospelých.
Napríklad Min Ju Fan ( Ming Zhu Fang) a jej kolegovia z Rutgers University v New Jersey (USA) zistili, že u dospelých je možné pomocou určitej zložky zeleného čaju (antioxidant - epigalokatechín galát (EGCG)) aktivovať gény-supresory (supresory) rast nádoru v dôsledku demetylácie DNA.
Teraz v USA a Nemecku je už vo vývoji asi tucet liekov na základe výsledkov nedávnych štúdií epigenetiky v diagnostike rakoviny.
A aké sú teraz kľúčové otázky v epigenetike? Ako môže ich riešenie posunúť štúdium mechanizmov (procesu) starnutia?
Verím, že proces starnutia je vo svojej podstate epigenetický („ako štádium ontogenézy“). Výskum v tejto oblasti sa začal len v posledných rokoch, no ak budú úspešné, možno ľudstvo dostane nový mocný nástroj na boj s chorobami a predĺženie života.
Kľúčovými problémami sú teraz epigenetická povaha chorôb (napríklad rakoviny) a vývoj nových prístupov k ich prevencii a liečbe.
Ak je možné študovať molekulárne epigenetické mechanizmy choroby súvisiace s vekom, bude možné úspešne čeliť ich rozvoju.
Veď napríklad včelia robotnica žije 6 týždňov a včelia kráľovná 6 rokov.
S úplnou genetickou identitou sa líšia iba tým, že budúca včelia kráľovná je počas vývoja kŕmená. materská kašička o pár dní viac ako bežná robotnica.
Výsledkom je, že zástupcovia týchto včelích kást tvoria trochu odlišné epigenotypy. A napriek vonkajšej a biochemickej podobnosti sa dĺžka ich života líši 50-krát!
V procese výskumu v 60. rokoch sa ukázalo, že s vekom klesá. Dosiahli však vedci nejaký pokrok v odpovedi na otázku: prečo sa to deje?
Existuje mnoho prác, ktoré ukazujú, že vlastnosti a rýchlosť starnutia závisia od podmienok ranej ontogenézy. Väčšina si to spája s korekciou epigenetických procesov.
Metylácia DNA s vekom klesá, prečo k tomu dochádza, zatiaľ nie je známe. Jednou z verzií je, že ide o dôsledok adaptácie, pokusu tela prispôsobiť sa vonkajším stresom aj vnútornému „superstressu“ – starnutiu.
Je možné, že DNA „zapnutá“ počas demetylácie súvisiacej s vekom je ďalším adaptívnym zdrojom, jedným z prejavov vitaukt procesu (ako to nazval významný gerontológ Vladimir Veniaminovich Frolkis) - fyziologický proces proti starnutiu.
Aby bolo možné uskutočniť zmeny na úrovni génov, je potrebné identifikovať a nahradiť zmutované „písmeno“ DNA, možno časť génov. Zatiaľ najsľubnejší spôsob vykonávania takýchto operácií je biotechnologický. Zatiaľ je to však experimentálny smer a zatiaľ v ňom nie sú žiadne špeciálne objavy. Metylácia je plastickejší proces, je ľahšie ho zmeniť, a to aj pomocou farmakologické prípravky. Dá sa naučiť selektívnej kontrole? Čo ešte treba pre to urobiť?
Metylácia je nepravdepodobná. Je nešpecifická, pôsobí na všetko "veľkoobchodne". Môžete naučiť opicu udierať na klávesy klavíra a ona z nej vytiahne hlasné zvuky, ale je nepravdepodobné, že predvedie Sonátu mesačného svitu. Aj keď existujú príklady, kedy sa pomocou metylácie podarilo zmeniť fenotyp organizmu. Najznámejším príkladom sú myši nesúce mutantný gén agouti (už som to citoval). Návrat k normálna farba vlna sa u týchto myší vyskytla, pretože „defektný“ gén bol u nich „vypnutý“ v dôsledku metylácie.
Ale je možné selektívne ovplyvňovať expresiu génov a na to sú ideálne interferujúce RNA, ktoré pôsobia vysoko špecificky, len na tie „vlastné“. Takáto práca už prebieha.
Napríklad nedávno americkí vedci transplantovali nádorové bunky myšiam, ktoré mali potlačenú funkciu imunitného systému. ľudské bunky, ktoré sa mohli voľne množiť a metastázovať u imunodeficientných myší. Vedci dokázali určiť tie, ktoré sú exprimované v metastázujúcich bunkách, a syntetizovaním vhodnej interferujúcej RNA a jej injekciou myšiam zablokovali syntézu „rakovinovej“ mediátorovej RNA, a teda potlačili rast nádoru a metastázy.
Teda na základe súčasný výskum, môžeme povedať, že základ rôzne procesy vyskytujúce sa v živých organizmoch sú epigenetické signály. Čo sú zač? Aké faktory ovplyvňujú ich vznik? Dokážu vedci rozlúštiť tieto signály?
Signály môžu byť veľmi odlišné. Pri vývine a strese sú to signály predovšetkým hormonálneho charakteru, no existujú dôkazy, že aj vplyv nízkofrekvenčného elektromagnetického poľa určitej frekvencie, ktorého intenzita je milión (!) krát menšia ako prirodzené elektromagnetické pole. pole, môže viesť k expresii génov proteínov tepelného šoku (HSP70) na poliach bunkových kultúr. V tomto prípade toto pole, samozrejme, nepôsobí „energeticky“, ale je akýmsi signálnym „spúšťačom“, ktorý „spúšťa“ génovú expresiu. Stále je tu veľa záhad.
Napríklad nedávno otvorený vedľajší efekt("efekt okoloidúceho").
Stručne povedané, jeho podstata je nasledovná. Keď ožarujeme bunkovú kultúru, majú reakcie široký rozsah, od chromozomálnych aberácií po rádioadaptívne reakcie (schopnosť odolávať vysokým dávkam žiarenia). Ale ak odstránime všetky ožiarené bunky a ostatné, neožiarené bunky prenesieme do zvyšného živného média, budú vykazovať rovnaké reakcie, hoci ich nikto neožaroval.
Predpokladá sa, že ožiarené bunky vylučujú do okolia určité epigenetické „signálne“ faktory, ktoré spôsobujú podobné zmeny aj v neožiarených bunkách. Aký je charakter týchto faktorov, zatiaľ nikto nevie.
Veľké očakávania v zlepšovaní kvality života a strednej dĺžky života sú spojené s vedeckým pokrokom v oblasti výskumu kmeňových buniek. Podarí sa epigenetike ospravedlniť nádeje, ktoré sa do nej vkladajú pri preprogramovaní buniek? Sú na to nejaké vážne predpoklady?
Ak sa vyvinie spoľahlivá technika „epigenetického preprogramovania“ somatických buniek na kmeňové bunky, určite to bude revolúcia v biológii a medicíne. Zatiaľ sa v tomto smere urobili len prvé kroky, no sú povzbudzujúce.
Známa zásada: človek je to, čo zje. Aký vplyv má jedlo na nás? Napríklad genetici z University of Melbourne, ktorí skúmali mechanizmy bunkovej pamäte, zistili, že po prijatí jedinej dávky cukru si bunka uchová zodpovedajúci chemický marker na niekoľko týždňov.
Existuje dokonca aj špeciálna časť epigenetiky - Výživová epigenetika zaoberajúci sa špecificky problematikou závislosti epigenetických procesov na nutričných charakteristikách. Tieto vlastnosti sú obzvlášť dôležité pre skoré štádia vývoj tela. Napríklad, keď je dojča kŕmené nie materským mliekom, ale suchou výživou na báze kravského mlieka, dochádza v bunkách jeho tela k epigenetickým zmenám, ktoré, fixované mechanizmom imprintingu (imprintingu), nakoniec vedú k nástup autoimunitného procesu v beta bunkách pankreasu a výsledkom je diabetes 1. typu.
Na obr.
rozvoj cukrovky (obr. sa zvyšuje po kliknutí kurzorom). Pri autoimunitných ochoreniach, ako je diabetes 1. typu, imunitný systém človeka napáda vlastné orgány a tkanivá.
Niektoré z autoprotilátok sa začnú v tele produkovať dlho predtým, ako sa objavia prvé príznaky ochorenia. Ich identifikácia môže pomôcť pri hodnotení rizika vzniku ochorenia.
(obrázok z časopisu "V SVETOVE VEDY", júl 2007 č. 7)
A nedostatočná (kaloricky obmedzená) výživa počas vývoja plodu je priamou cestou k obezite v dospelosti a cukrovke II.
To znamená, že človek je stále zodpovedný nielen za seba, ale aj za svojich potomkov: deti, vnúčatá, pravnúčatá?
Áno, samozrejme, a v oveľa väčšej miere, ako sa doteraz predpokladalo.
A aká je epigenetická zložka v takzvanom genomickom imprintingu?
Pri genomickom imprintingu sa ten istý gén prejavuje fenotypicky odlišne v závislosti od toho, či prechádza z otca alebo matky na potomka. To znamená, že ak je gén zdedený od matky, potom je už metylovaný a nie je exprimovaný, zatiaľ čo gén zdedený od otca nie je metylovaný a je exprimovaný.
Genomický imprinting sa najaktívnejšie študuje pri vývoji rôznych dedičných chorôb, ktoré sa prenášajú iba od predkov určitého pohlavia. Napríklad juvenilná forma Huntingtonovej choroby sa prejavuje iba vtedy, keď je mutantná alela zdedená od otca a atrofická myotónia od matky.
A to aj napriek tomu, že samotné príčiny týchto chorôb sú úplne rovnaké, bez ohľadu na to, či sú zdedené po otcovi alebo matke. Rozdiely spočívajú v „epigenetickom pozadí“ v dôsledku ich pobytu v materských alebo naopak otcovských organizmoch. Inými slovami, nesú v sebe „epigenetický odtlačok“ pohlavia rodiča. Keď sú v tele predka určitého pohlavia, sú metylované (funkčne potlačené) a druhé sú demetylované (respektíve sú vyjadrené) a v rovnakom stave ich dedia potomkovia, vedúci (alebo nie čo vedie) k výskytu určitých chorôb.
Študovali ste účinky žiarenia na telo. Je známe, že nízke dávky žiarenia majú pozitívny vplyv na životnosť ovocných mušiek. Drosophila. Je možné trénovať ľudské telo nízkymi dávkami žiarenia? Alexandra Michajloviča Kuzina, ktorý vyjadril už v 70. rokoch minulého storočia, dávky, ktoré sú približne o rádovo väčšie ako dávky pozadia, vedú k stimulačnému účinku.
Napríklad v Kerale nie je úroveň pozadia 2, ale 7,5-násobok "priemernej indickej" úrovne, ale ani výskyt rakoviny, ani úmrtnosť na ňu sa nelíši od bežnej indickej populácie.
(Pozrite si napríklad najnovšie informácie o tejto téme: Nair RR, Rajan B, Akiba S, Jayalekshmi P, Nair MK, Gangadharan P, Koga T, Morishima H, Nakamura S, Sugahara T. Kohortová štúdia v pozadí žiarenia a rakoviny v Kerale, India – Karanagapally. Health Phys. Jan 2009;96(1):55-66)
V jednej zo svojich štúdií ste analyzovali údaje o dátumoch narodenia a smrti 105 000 Kyjevčanov, ktorí zomreli v rokoch 1990 až 2000. Aké závery boli urobené?
Najdlhšia sa ukázala stredná dĺžka života ľudí narodených koncom roka (najmä v decembri), najkratšia za „apríl – júl“. Rozdiely medzi minimálnymi a maximálnymi priemernými mesačnými hodnotami boli veľmi veľké a dosiahli 2,6 roka u mužov a 2,3 roka u žien. Naše výsledky ukazujú, že to, ako dlho sa človek dožije, do značnej miery závisí od ročného obdobia, v ktorom sa narodil.
Je možné použiť prijaté informácie?
Aké by mohli byť odporúčania? Napríklad počať deti na jar (najlepšie v marci), aby z nich boli potenciálni storoční? Ale toto je absurdné. Niektorým príroda nedá všetko a inému nič. Tak je to aj so „sezónnym programovaním“. Napríklad v štúdiách uskutočnených v mnohých krajinách (Taliansko, Portugalsko, Japonsko) sa zistilo, že najvyššia intelektuálne schopnosti majú školáci a študenti narodení koncom jari – začiatkom leta (podľa našich údajov – „krátkodobí“). Tieto štúdie dokazujú zbytočnosť „aplikovaných“ odporúčaní mať deti v určitých mesiacoch roka. Ale tieto práce sú, samozrejme, vážnym dôvodom pre ďalší vedecký výskum mechanizmov, ktoré podmieňujú „programovanie“, ako aj hľadanie prostriedkov usmernenej korekcie týchto mechanizmov s cieľom predĺžiť život v budúcnosti.
Jeden z priekopníkov epigenetiky v Rusku, profesor Moskovskej štátnej univerzity Boris Vanyushin, vo svojej práci „Materializácia epigenetiky alebo malých zmien s veľkými dôsledkami“ napísal, že minulé storočie bolo storočím genetiky a súčasné je storočia epigenetiky.
Čo umožňuje hodnotiť pozíciu epigenetiky tak optimisticky?
Po ukončení programu Human Genome bola vedecká komunita šokovaná: ukázalo sa, že informácie o štruktúre a fungovaní človeka obsahuje približne 30 000 génov (podľa rôznych odhadov je to len asi 8-10 megabajtov informácie). Odborníci, ktorí pracujú v oblasti epigenetiky, to nazývajú „druhý informačný systém“ a veria, že rozlúštenie epigenetických mechanizmov, ktoré riadia vývoj a životnú činnosť tela, povedie k revolúcii v biológii a medicíne.
Napríklad v mnohých štúdiách sa už podarilo identifikovať typické vzory v takýchto obrazcoch. Na ich základe vedia lekári diagnostikovať vznik rakoviny už v ranom štádiu.
Je však takýto projekt realizovateľný?
Áno, samozrejme, aj keď je to veľmi nákladné a len ťažko sa dá realizovať počas krízy. Ale z dlhodobého hľadiska - celkom.
V roku 1970 skupina Vanyushin v časopise "príroda" publikované údaje o tom, čo reguluje diferenciáciu buniek, čo vedie k rozdielom v génovej expresii. A hovorili ste o tom. Ale ak organizmus obsahuje rovnaký genóm v každej bunke, potom má epigenóm každého typu bunky svoj vlastný a DNA je metylovaná inak. Vzhľadom na to, že typy buniek v Ľudské telo asi dvestopäťdesiat - množstvo informácií môže byť kolosálne.
Preto je projekt Human Epigenome veľmi náročný (aj keď nie beznádejný) na realizáciu.
Verí, že aj tie najnepodstatnejšie javy môžu mať obrovský vplyv na život človeka: „Ak životné prostredie hrá takú úlohu pri zmene nášho genómu, potom musíme vybudovať most medzi biologickými a sociálnymi procesmi. Absolútne to zmení spôsob, akým sa na veci pozeráme.“
Je všetko také vážne?
určite. Teraz, v súvislosti s najnovšími objavmi v oblasti epigenetiky, mnohí vedci hovoria o potrebe kritického prehodnotenia mnohých ustanovení, ktoré sa zdali buď neotrasiteľné alebo navždy odmietnuté, a dokonca o potrebe zmeniť základné paradigmy v biológii. Takáto revolúcia v myslení, samozrejme, môže mať najvýznamnejší vplyv na všetky aspekty života ľudí, od svetonázoru a životného štýlu až po explóziu objavov v biológii a medicíne.
Informácie o fenotype sú obsiahnuté nielen v genóme, ale aj v epigenóme, ktorý je plastický a môže, meniac sa vplyvom určitých environmentálnych podnetov, ovplyvňovať expresiu génov - ROZPOR OD CENTRÁLNEJ DOGMY MOLEKULÁRNEJ BIOLÓGIE, PODĽA DO KTOREJ MÔŽE ÍSŤ INFORMAČNÝ TOK LEN Z DNA K PROTEÍNOM, ALE NIE naopak.
Epigenetické zmeny navodené v ranej ontogenéze je možné fixovať mechanizmom imprintingu a zmeniť celý následný osud človeka (vrátane psychotypu, metabolizmu, predispozície k chorobám a pod.) – ASTROLÓGIA ZODIKU.
Príčinou evolúcie okrem náhodných zmien (mutácií) vybraných prirodzeným výberom sú usmernené, adaptívne zmeny (epimutácie) – KONCEPCIA TVORIVÉHO EVOLÚCIE francúzskeho filozofa (laureáta Nobelovej ceny za literatúru, 1927) Henriho BERGSONA.
Epimutácie sa môžu prenášať z predkov na potomkov – DEDIČSTVO ZÍSKANÝCH VLASTNOSTÍ, LAMARKIZMUS.
Aké naliehavé otázky budú zodpovedané v blízkej budúcnosti?
Ako prebieha vývoj mnohobunkového organizmu, aký charakter majú signály, ktoré tak presne určujú čas výskytu, stavbu a funkcie rôznych orgánov tela?
Je možné ovplyvňovaním epigenetických procesov meniť organizmy želaným smerom?
Dá sa úpravou epigenetických procesov zabrániť vzniku epigenetických ochorení, akými sú cukrovka a rakovina?
Aká je úloha epigenetických mechanizmov v procese starnutia, je možné s ich pomocou predĺžiť život?
Je možné, že vzorce evolúcie živých systémov, ktoré sú v našej dobe nepochopiteľné (evolúcia „nie podľa Darwina“), sú vysvetlené zapojením epigenetických procesov?
Prirodzene, toto je len môj osobný zoznam, u iných výskumníkov sa môže líšiť.
Dve geneticky identické mužské identické dvojčatá vychované v rovnakom prostredí vykazovali veľmi odlišné neurologické funkcie. Obe dvojčatá niesli rovnakú mutáciu v géne X-viazanej adrenoleukodystrofie (ALD), u jedného z dvojčiat sa však zistilo, že má: slepotu, problémy s rovnováhou a stratu myelínu v mozgu – znaky typické pre progresívne a smrteľné neurologické ochorenie , ako potom zostalo druhé dvojča zdravé. Záver vyšetrovateľov, ktorí hlásili túto situáciu, bol, že „niektoré negenetické faktory môžu byť dôležité pre rôzne fenotypy ADL“ (Korenke et al., 1996). Pre rok 1996 to bol skutočne veľmi dôležitý záver, napriek tomu, že pozornosť lekárskej cytogenetiky sa sústredila na sekvenciu nukleotidov DNA. Ak fenotypové variácie nemožno vysvetliť sekvenciou nukleotidov DNA, potom ich možno vysvetliť vonkajšími faktormi. Analogicky s ALD-diskordantné identické dvojičky Zistilo sa, že mnohé identické dvojčatá sú nezhodné pre schizofréniu napriek podobným podmienkam prostredia, v ktorých vyrastali (Petronis, 2004). Našťastie výskum v poslednom desaťročí konečne zameral pozornosť na epigenetické zmeny (úpravy genetickej informácie, ktoré neovplyvňujú nukleotidovú sekvenciu DNA) ako potenciálne vysvetlenie nezhodných fenotypov u jednovaječných dvojčiat a jedincov, ktorí z nejakého dôvodu majú rovnaké zmeny v sekvencii DNA (Dennis, 2003; Fraga et al., 2005).
Epigenetické modifikácie kontrolujú vzorce génovej expresie v bunke. Tieto modifikácie sú stabilné a dedičné, takže z materskej pečeňovej bunky po delení určite vzniknú ďalšie pečeňové bunky. V prípade nedeliacich sa buniek, ako sú neuróny, adaptácia chromozómových oblastí prostredníctvom chromatínových modifikácií poskytuje mechanizmus na udržanie (zachovanie) epigenetickej informácie a prípadne sprostredkovanie reprodukovateľnej odpovede neurónov na špecifické stimuly. Epigenotyp (epigenetický stav genómového lokusu) je stanovený na základe prítomnosti alebo neprítomnosti metylácie DNA, modifikácií chromatínu a rôznych nekódujúcich RNA aktivít vyžadujúcich ďalšie objasnenie.
U cicavcov sa metylácia DNA, najlepšie preštudovaný epigenetický signál, vyskytuje prevažne na uhlíkových-5 symetrických CpG dinukleotidoch. Stav metylácie DNA je udržiavaný po delení buniek prostredníctvom aktivity DNA metyltransferázy 1, ktorá metyluje CpG hemimetylované dinukleotidy v dcérskych bunkách. Modifikácie chromatínu zahŕňajú kovalentné posttranslačné modifikácie vyčnievajúcich amino-koncových histónových "chvostov" pridaním acetylových, metylových, fosfátových, ubikvitínových alebo iných skupín. Metylovými modifikáciami môže byť mono-, di- alebo trimetylácia. Tieto modifikácie predstavujú potenciálny "histónový kód", ktorý je základom špecifickej chromatínovej štruktúry, ktorá zase ovplyvňuje expresiu susedných génov. Pretože chromatín pozostáva z husto zbalených reťazcov DNA omotaných okolo histónov, vzor skladania DNA do chromatínu je nepochybne základom zmien v génovej aktivite. Hoci histónové kódy a chromatínové štruktúry môžu byť stabilne prenášané z rodičovských do dcérskych buniek, mechanizmy, ktoré sú základom replikácie takýchto štruktúr, nie sú úplne pochopené. Epigenotyp vykazuje plasticitu počas embryonálneho vývoja a postnatálne, v závislosti od faktorov prostredia a životných skúseností (pozri nižšie „Interakcia epigenetiky a prostredia“); preto nie je prekvapujúce, že epigenotypy môžu prispievať nielen k poruchám ľudského embryonálneho vývoja, ale aj k postnatálnej patológii a dokonca k chorobám dospelých. Relatívne nedávno objavenou triedou molekúl, ktoré hrajú úlohu v epigenetickom signáli, sú nekódujúce molekuly RNA. Trieda nekódujúcej RNA (ncRNA) po mnoho rokov zahŕňala iba transportné, ribozomálne a spliceozómové RNA. Avšak vďaka tomu, že sa sprístupnili nukleotidové sekvencie genómov mnohých rôznych organizmov, ako aj vďaka molekulárno-genetickým medzidruhovým štúdiám (od r. Escherichia coli na ľudí), sa zoznam ncRNA rozšíril a výsledkom je identifikácia stoviek malých ncRNA, vrátane malej nukleárnej RNA (malá nukleárna RNA - snoRNA), mikroRNA (mikro RNA - miRNA), krátko interferujúcej RNA (krátke -interferujúca RNA - siRNA) a malá dvojvláknová RNA. Niektoré z týchto malých molekúl RNA regulujú modifikácie chromatínu, imprinting, metyláciu DNA a umlčanie transkripcie, o ktorých sa podrobne hovorí v kapitole „Zostavenie RNAi a heterochromatínu“.
Prvý definitívny dôkaz o úlohe, ktorú hrá epigenetika pri ľudských chorobách, prišiel po pochopení genómového imprintingu a zistení, že niektoré gény sú regulované týmto mechanizmom (Reik, 1989). Genomický imprinting je forma epigenetickej regulácie, pri ktorej expresia génu závisí od toho, či je gén zdedený od matky alebo od otca. V imprintovanom diploidnom lokuse teda dochádza k nerovnakej expresii materských a otcovských alel. V každej generácii musia byť značky odtlačku špecifické pre rodiča vymazané, „reštartované“ a udržiavané, čím sa lokus odtlačku stane zraniteľným voči akémukoľvek druhu chyby, ktorá sa môže počas tohto procesu vyskytnúť. Chyby, ako sú mutácie v génoch kódujúcich proteíny, ktoré sa podieľajú na metylácii DNA, väzbe na metylovanú DNA a modifikácie histónov, to všetko prispieva k rýchlo rastúcej triede porúch ovplyvňujúcich
Načítava...