Автор: Росица Ташкова, магистър по молекулярна биология и микробиология

Епигенетиката дирижира гените

Свикнали сме да мислим, че генетиката е това, което определя здравето, външния ни вид, а понякога дори и личностните ни характеристики и психика. Но в клетките ни има един по-малко известен, задкулисен герой, който диктува правилата на играта. Това е епигенетиката.

Значението на думата “епи-генетика” идва от гръцкото ἐπι-, което означава “над”, т.е. феномен, който е над генетиката. За разлика от относителната неизменчивост на гените, процесите на епигенетиката са изключително динамични. Те оказват влияние върху гените ни, но без да променят последователността на базите в ДНК.

Можем да разглеждаме епигенетиката като диригента на оркестър от гени. Тя определя кой да свири и кой да запази тишина в даден момент, за да се получи прецизно композираната мелодия.

Епигенетичните фактори определят кои гени да се проявяват и кои не. Тези фактори се влияят от разнообразните условия на околната среда, начина на живот, стреса, но се предават и на следващото поколение, т.е. ефектите им може да се унаследят.

Това предполага, че начинът на живот на родителите и дори тяхното поведение могат да повлияят на продължителността на живота и здравето на следващото поколение чрез механизми, различни от генетичните.

В статията ще прочетете:

  • Епигенетични етикети - как се дирижират гените
  • Когато мелодията зазвучи фалшиво или какво е значението на епигенетиката за раковите заболявания
  • Епигенетиката и донорските яйцеклетки - на кого ще прилича бебето
  • Как храненето ни влияе върху епигенетиката
  • Добри книги за епигенетиката

Епигенетични етикети - как се дирижират гените

Епигенетичните етикети (или тагове) са тези, които регулират активността на гените (генната експресия). Те блокират или позволяват достъпа до даден ген, за да бъде разчетен, от него да се вземат инструкциите за синтезиране на белтъка, който кодира - т.е. да се прояви функцията на този ген. За да се изпълни централната догма в биологията, е нужно генът да е достъпен:

ДНК → РНК → Белтък

Тези химични маркери най-често са просто метилови или ацетилови групи, които се добавят директно към ДНК или върху хистоните - големите протеини, около които ДНК е плътно навита. Добавянето на метилови групи към ДНК (метилиране) блокира презаписването на определени участъци от генома, т.е. “изключва” гените, които се намират там и те не могат да проявят функцията си.

Епигенетиката включва и изключва гените

От друга страна, модификациите на хистоните пък могат да разхлабят или затегнат ДНК “макарата”, което прави едни гени достъпни, а други - заглушени или изключени.

Епигенетичните промени могат да се наследяват или да се натрупват през целия живот. Но те са обратими. Това има значение за използването на епигенетиката в борбата с рака, например.

Когато мелодията зазвучи фалшиво или какво е значението на епигенетиката за раковите заболявания 

Епигенетичните етикети или тагове се поставят върху ДНК и хистоните от специални ензими (ензимите също са белтъци). През последните години започна да се осъзнава значението на мутациите в тези ензими за развитието на онкологични заболявания, а не толкова на мутации в гените, водещи до неконтролируемо делящи се и безсмъртни ракови клетки.

Когато под влиянието на епигенетичните фактори настъпи промяна в активността на неподходящите гени, това може да доведе лесно да развитието на рак.

Затова ензимите, които отговарят за тези епигенетични промени, са подходяща мишена за откритието на лекарства срещу левкемия, например. Изследователите могат да се занимават с ензимите, които добавят или премахват химичните етикети, възстановявайки нормалната роля на гена.

Епигенетични етикети или тагове са метилни и ацетилни групи

Любопитно е, че учените, които се занимават с левкемията, от десетилетия забелязват, че епигенетиката изглежда играе роля за развитието на болестта, тъй като още от 60-те години насам при хората с левкемия се наблюдават странни модели на метилиране. По-малко ясни са били спецификите: кои епигенетични пътища са нарушени и чрез кои ензими.

През последните години тези въпроси започнаха да намират своите отговори, като са открити мутации в гените за различни епигенетични ензими, които имат връзка с развитието на левкемия и други видове рак. Такива са IDH1, IDH2, TET2, DNMT3A и други. [ref. 1]

Епигенетиката и донорските яйцеклетки - на кого ще прилича бебето

Според данните на пациентските организации, в България около 40 000 жени се нуждаят от донорска яйцеклетка, за да осъществят мечтата си да бъдат майки. Разбираемо е притеснението, че детето няма да носи техните гени и няма да прилича на тях. Но това не е точно така.

Епигенетичните промени в клетките ни са зависими от начина ни на живот, навиците, храненето, околната среда. Но най-важно е времето, което сме прекарали в утробата на майка си. Именно там се залагат основите на начина, по който ще функционират гените ни в хода на живота и колко активни или неактивни ще бъдат те.

Така, дори да няма генетично сходство между майката и детето, развиващо се от донорска яйцеклетка, деветте месеца прекарани в нейната утроба ще определят как да функционират тези гени чрез действието на епигенетиката. 

Нещо повече - това влияние ще се унаследи в следващите 4 или 5 поколения.

Значение на епигенетика за донорска яйцеклетка

Бременността не е просто механично износване на бебето и неговия наследствен генетичен материал - тя е активен, динамичен процес на взаимодействие между организма на майката и детето, при който се залага бъдещето на това дете, неговото здраве и характеристики. [ref. 2]

Но не само животът и поведението на майката имат значение за епигенетиката на детето. Няколко изследвания показват, че бащите не са по-малко отговорни, когато става въпрос за пренаталното развитие. Тяхната физическа активност може да има трайни ефекти върху епигенетичната регулация на гените в област на мозъка, важна за ученето и паметта: хипокампусът. Изглежда спортуващият баща осигурява на потомството си по-добри умствени способности - инвестира едновременно в себе си и в децата си. [ref. 5]

Как храненето ни влияе върху епигенетиката

Установено е, че начинът ни на хранене и диетата ни значително променят епигенетичните маркери. Нутриепигеномиката изследва как храната и епигенетиката работят заедно, за да повлияят на здравето ни.

Например, според едно проучване, кетогенната диета [ref. 6] с високо съдържание на мазнини и ниско на въглехидрати може да активира някои гени и да подобри умствените способности чрез инхибитори на ензима хистон деацетилаза (HDAC, ензим, който премахва ацетиловите групи от хистоните, което води до плътно навиване на ДНК около тях и изключване на гените в тези навити области). [ref. 3]

Епигенетика хранене

Други проучвания са установили, че някои съединения в храните, които консумираме, могат да ни защитят от рак, като коригират метилните маркери върху онкогени или гени за потискане на тумора. [ref. 4]

В крайна сметка епигенетичната диета може да насочи хората към оптималния хранителен режим, тъй като научните изследвания разкриват основните механизми и въздействие, което различните храни оказват върху епигенома и здравето.

Много проучвания показват, че има природни продукти, които водят до епигенетични промени в раковите клетки и могат да действат като превантивни средства за рак. Вече е прието, че съединения, които се откриват в чай, чесън, соеви продукти, билки, грозде и кръстоцветни зеленчуци, може да осигурят някаква защита от развитието на много различни видове тумори, както и да действат като епигенетични модулатори, които влияят не само на появата, но и на прогресията на онкологичните заболявания. [ref. 4]

В таблицата може да видите за кои вещества има научни данни, че оказват влияние върху епигенетиката и кои храни са техните източници.

Храни и вещества, които влияят на епигенетиката и рака

Ако включим в менюто си тези хранителни продукти (и внимаваме с алкохола), бихме могли да понижим риска от онкологично заболяване по епигенетичен начин. Какво по-хубаво от това храната ни да е и нашето лекарство?

Добри книги за епигенетиката

Ако намирате темата за наистина вълнуваща или искате да научите повече, на пазара се предлагат няколко много добри книги на английски език. Авторите им са сред учените, които умеят да обясняват сложни механизми и концепции с разбираеми думи. Подбрали сме 4 от книгите за епигенетика с най-висок рейтинг. Те са достъпни за закупуване и през Amazon.

  • The Epigenetics Revolution: How Modern Biology is Rewriting Our Understanding of Genetics, Disease and Inheritance Paperback - горещо препоръчваме първата книга на авторката Неса Кери (Nessa Carey, PhD). Тя е доктор по вирусология от Университета в Единбург и е бивш старши преподавател по молекулярна биология в Империал Колидж, Лондон. Работи в биотехнологичната и фармацевтичната индустрия от десет години.
  • Inheritance: How Our Genes Change Our Lives--and Our Lives Change Our Genes - автор е американският лекар д-р Шарън Моалем (Sharon Moalem, MD, PhD). Той е едновременно учен и автор на бестселъри. Д-р Моалем е експерт в областта на редките заболявания, половата диференциация, неврогенетиката и биотехнологиите.
  • Epigenetics: How Environment Shapes Our Genes - авторът Ричард Франсис (Richard C. Francis) е писател на свободна практика. Той е получил своята докторска степен в областта на невробиологията и поведението от Университета Стони Брук и е носител на Националната награда за научни изследвания от Националния институт за психично здраве. Преди да стане писател на свободна практика, той е работил като постдокторант в областта на еволюционната невробиология и сексуалното развитие в Калифорнийския университет, Бъркли и Станфордския университет.
  • The Developing Genome: An Introduction to Behavioral Epigenetics - авторът Дейвид Мур (David S. Moore) е професор по психология в Pitzer College и Claremont Graduate University в Южна Калифорния. Завършил е магистратура и докторантура по психология на развитието в Харвард. Той е експерт по когнитивното и сетивно развитие в ранна детска възраст.

 

Четете още:

Как гените определят приликата с родителите ни

Как нуклеиновите киселини ДНК и РНК дирижират живота

10 любопитни факта за стареенето и как да го забавим

Има ли смисъл да си направиш генетичен тест?

 

Източници:

  1. Epigenetics: Reversible tags. Nature. 2013
  2. What Do Epigenetics Mean for Donor Egg Recipients? www.centerforhumanreprod.com
  3. A ketogenic diet rescues hippocampal memory defects in a mouse model of Kabuki syndrome. PNAS. 2016
  4. Epigenetic diet: impact on the epigenome and cancer. Epigenomics. 2011
  5. Paternal treadmill exercise enhances spatial learning and memory related to hippocampus among male offspring. Behav Brain Res. 2013
  6. На български: Защо да започнете кето диета или да се откажете от нея

 

За автора:

👩‍🔬 Росица Ташкова-Качарова е бакалавър по молекулярна биология и магистър по микробиология и микробиологичен контрол. Дипломната си работа за магистърската степен прави в Университет на Нант, Франция. По това време рисува елхичка от бактерии и вдъхновява обявяването на първия конкурс за рисунка с микроорганизми Агар Арт. В продължение на 3 години е редактор на сп. Българска наука и продължава да пише за наука на достъпен език.