iPon Cikkek

Epigenom – a gének rendezője

Dátum | 2013. 06. 19.
Szerző | Jools
Csoport | EGYÉB

A népszerű tudományos diskurzusban gyakran elhangzik, hogy a felfedezés, a kíváncsiság a vérünkben, mi több: a génjeinkben van. A dezoxiribonukleinsav és vele génjeink az elmúlt évek során sajátos, új jelentésrétegeket és képzettársításokat nyertek a közvélemény szemében. Egy molekula, amely lényegünket hordozza, az élet kódja, a tökéletes szoftver – a genommal kapcsolatban gyakran hallani hasonló kifejezéseket. A genetikusok viszont egyre kevésbé osztják ezeket a nézeteket, tekintve, hogy az elmúlt évtizedek kutatásai egy dologra bizonyosan rávilágítottak: a gének és a biológiai tulajdonságok közti kapcsolatok jóval kevésbé egyértelműek, mint azt korábban gondoltuk. Az az elképzelés, miszerint a DNS az adott organizmus felépítésének és működésének mindenre kiterjedő tervrajza, ahol minden egyes kifejeződő tulajdonság (fenotípus) egyértelműen megfeleltethető egy vagy több genomszakasznak, a genetika történetének korai ideái közé tartozik. A gén szót először 1909-ben használták, tehát jóval a DNS felfedezése előtt, és az őseinktől örökölt tulajdonságok valamiféle elvont egységeit értették alatta. A DNS felfedezését követően aztán úgy kezdtünk gondolni a génekre, mintha gyöngyök lennének, amelyek a kromoszómákra felfűzve, egymás mellett ücsörögve determinálják egy-egy tulajdonságunkat. És egyes gének valóban így is működnek, például a szemszínt vagy a vércsoportot meghatározó DNS-szakaszok. A fenotípusok többsége azonban jóval komplexebb: több különböző gén és a környezeti tényezők együttes hatásának eredménye. Kiderült, hogy a genetikai kód nem annyira egy tervrajzra, hanem inkább egy színházi forgatókönyvre hasonlít, amelyet az egyes rendezők saját ízlésüknek megfelelően húznak meg és visznek színpadra. Ezeket a sajátos változásokat vizsgálja az epigenetika tudománya, amely tulajdonképpen az öröklés olyan formáival foglalkozik, amelyek nem köthetők a DNS szekvenciájának megváltozásához, hanem az egyes gének kifejeződésében bekövetkező változásokkal magyarázhatók. Az epigenetikai mechanizmusok DNS-szakaszokat aktiválnak, vagy csendesítenek el, illetve fokozzák vagy éppen korlátozzák egyes gének kifejeződésének mértékét, finom változásokat eszközölve a végeredmény alakulásában.

A „rendezői utasításokat” a DNS-t körülvevő speciális kémiai anyagok és a hisztonoknak nevezett fehérjék tartalmazzák, amelyek a DNS tömör szerkezetéért is felelnek. Az epigenetikai mechanizmusok egyik legegyszerűbb és legelterjedtebb formája a metiláció, amelynek során egy metilcsoport kapcsolódik a DNS-hez vagy a hisztonhoz. A DNS-hez kapcsolt metilcsoport megakadályozza az adott gén kifejeződését, a hiszton metilációja pedig típusától és pozíciójától függően fokozhatja vagy csökkentheti is az adott hiszton környezetében található gének kifejeződését. Mindezen változások nem érintik magát a genetikai kódot, de komoly befolyással vannak arra, hogy abból pontosan mi valósul meg. Egyes módosítások egy egész életre szólnak, a feltételezések szerint ilyen epigenetikai mechanizmusok játszanak szerepet például a sejtek differenciálódásában is, ezért nem nőnek fogak a szemünkben vagy májszövet a térdünkben. Más módosítások csak rövidebb időszakokra érvényesek, így a génexpresszió szabályozása révén lehetővé teszik a környezethez való hatékony alkalmazkodást. A hosszú időre szóló módosítások mindig jelentősebb mértékű metilációval járnak, az ilyen DNS-szakaszok aztán olyan szorosan kapcsolódnak a hiszton koronghoz, hogy gyakorlatilag lehetetlen leolvasni őket, így a rajtuk található gének sem lehetnek aktívak. Az epigenetikával kapcsolatos növekvő ismeretanyag egészen új megvilágításba helyezik az öröklés kontra nevelés/környezet (nature vs. nurture) ősi vitáját. Egyre inkább úgy tűnik, hogy ezen két, lényünket befolyásolni képes tényezőegyüttes között nincs is olyan éles határvonal, mint ahogy azt eleink gondolták. A bohóchalak például mindannyian hímnek születnek, legjobban meghízó egyedeik azonban később nőstényekké válnak. Ha azonban egy domináns nőstény idejekorán elpusztul, a hímek felnőttként is képesek nemet váltani: ilyenkor olyan epigenetikai mechanizmusok lépnek életbe, amelyek fokozzák a nőstényekre jellemző hormonok termelődését. A nemi jellegek a krokodilok esetében sem genetikailag kódoltak, a fiókák nemét a fészekben uralkodó hőmérséklet dönti el: 33 °C alatt nőstények, míg 33,9 °C felett hímek kelnek ki a tojásból, ismét csak epigenetikai folyamatok eredményeképpen. Hasonló mechanizmusok magyarázzák azt is, hogyan lehetséges, hogy tökéletesen azonos körülmények között tartott, genetikailag egyforma egerek különböző mértékben híznak, és hogy egypetéjű ikrek esetén hogyan fejlődhet ki csak egyikükben a skizofrénia, miközben a másik teljesen egészséges marad. Az ember esetében a stresszt, az étkezési szokásokat és a környezeti méreganyagokat tartják a legfontosabb epigenetikai folyamatokat befolyásolni képes faktoroknak, bár ezen tényezők pontos hatásmechanizmusáról egyelőre meglehetősen keveset tudni.

Minden organizmus életét kétfajta múlt befolyásolja: egyrészt az őseitől örökölt, évmilliók fejlődésének emlékeit őrző evolúciós múlt, másrészt pedig a saját maga által megélt múlt. Az epigenetika az, amely összeköti ezt a két világot, és az evolúció során kifejlesztett különféle képességeket a jelen aktuális kihívásaihoz igazítja. Egyes kutatók, például Paul Griffiths és Karola Stolz odáig mennek, hogy a gén fogalmát is újra kellene definiálni: szerintük a gének nem fix információs egységek, hanem mindazon lehetőségek, amelyek potenciálisan jelen vannak genomunkban, és különféle trükkök (epigenetikai módszerek) révén megvalósíthatók. Vegyük például az alkohol esetét. A kezdő ivó nagyon gyorsan megérzi ennek hatásait, ha azonban kellően gyakran iszik, toleranciája növekszik. Ez úgy valósulhat meg, hogy a fokozódó alkoholbevitel hatására epigenetikai mechanizmusok lépnek működésbe, amelyek a génműködésre hatva növelik az alkoholt lebontani képes enzimek termelődésének mennyiségét, így az anyag gyorsabban felszívódik. Ha aztán alanyunk visszavesz a fogyasztásból, az érintett gének kifejeződésének mértéke ismét a korábbi szintre csökken, hiszen nincs szükség a plusz enzimekre, szükségtelen termelésük pedig feleslegesen terhelné a szervezetet. A szakérők szerint hasonló okok állhatnak az alkohol iránti fokozott vágy kialakulásának hátterében is: a rendszeres ivás a jelek szerint egy olyan gén működését is serkenti, amely egy nyugtató hatású, aggodalmat csökkentő neurotranszmitter termelődéséért felel. Ha az alkoholbevitel visszaesik, kevesebb termelődik ebből a neuropeptidből, ami akár paranoiáig fokozódó aggódáshoz is vezethet, magyarázatot adva az egyik jellemző elvonási tünetre. Ahogy a kutatók egyre többet tudnak meg az epigenetikai folyamatok működéséről, újfajta kezelési módok kezdenek körvonalazódni. A szakértők szerint azok a krónikus betegségek, amelyek esetében nem találni egyértelmű genetikai okot, valószínűleg abnormális szabályozási folyamatok eredményei lehetnek, amelyek megfelelő befolyásolása révén gyógyíthatóvá válhat a kór. Ilyen alapon került kifejlesztésre több új hatóanyag is, amelyek például limfómás betegeknél megakadályozzák a DNS egyes szakaszainak metilációját, és ezzel elősegítik a tumorszupresszor gének kifejeződését.

Bár egyre többet tudunk az epigenetikai folyamatokról, számos olyan működési terület is akad, amellyel kapcsolatban csak nagyon vázlatos ismeretekkel rendelkezünk. Ilyen például az epigenetikai változások örökölhetőségének kérdése. Ezzel kapcsolatban nagyon érdekes az 1944-es holland éhínség következményeinek vizsgálata. A kutatók rájöttek ugyanis, hogy az éhínség tele alatt fogant gyerekek esetében jóval nagyobb az elhízás, illetve a szív- és érrendszeri problémák kockázata, mint a náluk korábban, illetve később született testvéreiknél. Ugyanez aztán az 1944 telén fogantak gyerekeire is jellemzőnek bizonyult, holott a második generáció már egyáltalán nem volt kitéve az éhezés hatásainak. Hasonló következményeket figyeltek meg a biafrai éhínség (1968−70) túlélőinek leszármazottainál, és az 1958−61-es kínai éhínség idején fogant gyermekek esetében is. A leghihetőbb magyarázatnak az tűnik, hogy ezen esetekben az éhezés hatására bekövetkező epigenetikai változások továbbörökítődtek a szülőkről a gyermekekre, és ami a szülők esetében még csak ideiglenes módosulásnak bizonyult, az az új generációban már egy egész életre szóló változásként jelentkezett. Hogy ezek a változások hogyan és miért örökítődnek át, az egyelőre nem világos. Az epigenetikai adatok legnagyobb része nem kerül át az ivarsejtek DNS-ébe, mivel az erre szánt enzimek lenyirbálják a különféle szabályozó csoportokat a másolás előtt álló molekuláról. Az ivarsejtek kizárólag olyan epigenetikai információkat hordoznak, amelyek saját működésükhöz szükségesek, a belőlük kifejlődő organizmus fenotípusával kapcsolatban pedig jelenlegi tudásunk szerint nem hordoznak efféle adatokat. A megtermékenyítés során aztán a spermium és a petesejt epigenetikus adatai is „törlődnek”, és a zigóta génállományában olyan új szabályozó folyamatok kezdik meg működésüket, amelyek az embrió korai fejlődését irányítják. Minden jel arra utal azonban, hogy a szülők epigenetikai profilja valamilyen módon mégis megőrződik, hogy hol és milyen formában, azt azonban senki sem tudja. Az az elképzelés, hogy az egyed életében tapasztalt történések aktívan befolyásolják a következő generáció milyenségét, nagyon régre nyúlik vissza. Már Hippokratész is írt egy olyan népcsoportról, amelynek tagjai az újszülöttek fejformájának tudatos alakítása révén idővel jellegzetes, megnyúlt koponyaformára tettek szert. Ezt a gondolatmenetet vitte tovább a 19. század elején a francia Jean-Baptiste Lamarck is, aki úgy vélte, hogy az élőlények életük során szerzett tulajdonságai, képességei továbbörökíthetőek. Darwin követői végül elérték, hogy Lamarck elképzeléseit hosszú időre elutasítsa a tudományos közvélemény, napjainkban azonban egyre inkább úgy tűnik, hogy a francia kutatónak jónéhány dologban igaza lehetett. A génjeink által kódolt információk sora tehát korántsem az az egyértelmű, kőbe vésett utasítássor, aminek sokáig hittük, hanem inkább egy nagyon is képlékeny, folyamatosan alakuló és alakítható útmutató.
Új hozzászólás írásához előbb jelentkezz be!

Eddigi hozzászólások

2. prohlep
2013.06.19. 16:07
Érdekes, elgondolkodtató, tanulságos!
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
1. amd
2013.06.19. 18:05
Ajánlom ezt a könyvet:

http://www.ipon.hu/webshop/product/tarsas_intelligencia___az_emberi_kapcsolatok_uj_tudomanya/291653

Az epigenetika is gazdagon benne van a téma miatt.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!