Epigenetika – nejznámější epigenetické studie

Je poměrně rychle se rozvíjející věda, která si již vydobyla své místo mezi v oblasti genetiky.

Zabývá se výzkumem genetické informace a jejího ovlivnění v jedinci skrze změny v genomu, které jsou vratné, ale zároveň je organismus dokáže dědit z buňky na buňku a také přenést z organismu jednoho na organismus potomka.

Co to je

Vraťme se k úplnému základu. Máme ve většině buněk v těle jádro, ve kterém je DNA. Tato DNA je stejná jak u buňky například jater, tak u buňky kůže, ledvin. To jakou funkci bude ta daná buňky vykonávat se určuje podle různých značek, které umožní rozmotat a nebo naopak skrýt nějakou část DNA.

Aby mohla jaterní buňka fungovat jako jaterní, musí se rozmotat ta část DNA, kde jsou geny, které regulují činnost jater. Ty se přepíší a tak může vniknout nová jaterní buňka. Totéž platí i pro buňku kůže – zde budou ty „jaterní geny“ skryté, tedy nebudou aktivní a naopak budou aktivní geny, které jsou důležité pro správnou funkci pokožky. Způsob, kde se má co rozmotat je jedna z věcí, která se dědí epigeneticky.

Podobně funguje i přenos genetické informace z rodiče na potomka, i když tam je to trochu složitější.

Když to zjednodušíme, epigenetika zkoumá, jak se vypínají a zapínají, přepisují a schovávají jednotlivé geny a co je řídí. V současnosti je popsáno více než 300 takových ovlivnění, ke kterým může v těle dojít. Asi neznámnější jsou methylace (navázání methylové skupiny na DNA), ale můžeme zmínit i omotávání DNA kolem histonů, a další chemická ovlivnění jako acethylace, ubyquinace,…

Epigenetické modifikace jsou vrstva nad genetickou informací. Jsou reverzibilní, tedy dají se vhodnou terapií upravit a přepsat. To je rozdíl mezi epigenetickou a genetickou informací. Genetická informace je totiž nevratná a stálá. Moc se mi líbí přirovnání z jedné lekce epigenetiky, proto ho s vámi sdílím. Zatímco genetická informace jsou slova a písmena, epigenetická informace jsou mezery, tečky, čárky, vykřičníky, otazníky. Pomohou nám tedy interpretovat informaci a dávají ji konkrétní význam.

Protože psi jsou chápáni obecně jako velmi dobrý model pro výzkum onemocnění, defektů a vlivu prostředí u člověka, existují i epigenetické studie přímo u tohoto živočišného druhu. Speciálně o nich bych chtěla mluvit na listopadové přednášce Něco jsme objevili! Kynologická epigenetika. Témata a přihlášení >>>

Nejznámější studie

Myši a licking faktor

Asi nejznámější studií ohledně epigenetiky a představení, čím se zabývá, je studie zkoumající péči o potomky u hlodavců. Jde o takzvaný licking factor – faktor, jak matky olizují a svým chováním i jinak pečují (osobně pro to mám takový hezký nevědecký termín oňufávání) o své potomky. Bylo prokázáno, že ty matky, které toto chování neměly, u svých potomků vyvolaly epigenetické změny v mozku, kdy došlo k methylaci – zablokování receptorů na kortizol. To u potomků způsobilo stav, kdy hůře kortizol odbourávali a tedy zůstávali prokazatelně déle ve stresu, než potomci, o které bylo pečováno standardně.

Když byly malé myši přemístěny k matce, která oňufávání prováděla, k zablokování receptorů nedošlo. Nejedná se tedy o přímou genetickou změnu (DNA je stejná u matky a předaná z poloviny na své potomky – náhradní matka jim DNA nezmění), ale o epigenetickou změnu (náhradní matka změnila vypínání/zapínání blokace receptorů na kortizol).

Je také známým faktem, že byly ovlivněny celkem 3 generace – tedy matka, která neoňufávala, její potomci a zároveň i potomci potomků – skrze zárodečné buňky.

Holanďané a hladovění

Šlo o Nizozemský hladomor (některé zdroje uvádí Nizozemskou hladovou zimu 1944 – 1945). V té době probíhala německá blokáda zásob jídla do západního Nizozemí a navíc se přidala velmi tuhá zima. Dohromady šlo o výpadek zásob na 9 – 10 měsíců. Aby lidí přežili, museli si vystačit s 400 g chleba a 1 kg brambor na 1 týden – dávka pro všechny dospělé.

Ukázalo se, že vystavení hladomoru během před-koncepční periodě (období od oplození vajíčka do gestace, tedy uhnízdění v děloze) vedlo ke zvýšenému počtu jak mentálních, tak metabolických onemocnění u přeživších potomků. Byla u nich zdokumentována narušená glukózová tolerance, což vedlo ke zvýšenému výskytu diabetu, obezitě a kardiovaskulárním onemocněním.

Je velmi zajímavé, že žádný tento efekt nebyl pozorován u dětí stejných rodičů, kteří nebyli vystaveni hladomoru a nebo hladomoru nastal u rodičů až po gestaci (uhnízdění) embrya v děloze.

Toto zjištění vedlo k nalezení tzv. Senzitivních period během embryogeneze (vývoje embrya) i gametogeneze (vývoji budoucích pohlavních buněk embrya).

Švédsko a kouření

Överkalix je poměrně dost izolované město na severu Švédska. Lidé zde v minulosti byli často vystaveni hladomoru, což se ví díky dochovaným historickým datům velikosti sklizní a cenám jídla.

Studiem těchto faktorů byla zjištěna korelace (závislost) mezi zvýšeným množstvím jídla u prarodičů a snižováním dlouhověkosti dětí.

Senzitivní perioda, kdy se zásobení jídlem nejvíce projevilo je tzv. Pomalá růstová perioda. Ta nastává mezi 9- 12 léty u dědů a 8 – 10 let u babiček a jejich studovaných potomků. Tedy pokud měli v této růstově periodě dostatečné množství jídla, projevilo se to potom u jejich vnuků a vnuček sníženou dobou dožití. Korelace se vztahovala i na prenatální vývoj babiček.

Jsou zde popsány dvě věci – transgenerační efekt a navíc i pohlavně specifický efekt. Parentální (dědovo) množství snědeného jídla je spojeno s mortalitou u jeho vnuků (také kardiovaskulárními onemocněními a diabetem). Čím více toho děda snědl, tím měli vnukové kratší život.

Podobně babičkovské nadměrné zásobení jídlem spojeno s mortalitou v nižším věku u vnuček.

A co s kouřením?! Kouřil-li otec před pubertou, jeho syn měl potom větší tělesnou hmotnost a tedy i BMI. U kouření v pozdějším věku není tento efekt pozorovaný. Přičemž předpubertální věk se chápe mezi 9-12 lety života muže.

Studie není jednoznačná ve svých výsledcích, protože zatím nebylo možné v minulosti nalézt nějakou podobnou periodu s podobnými daty, aby se závěry daly jednoznačně potvrdit.

Jak se to dotýká psů?

Shrnu-li poznatky a pokusím-li se je „napasovat“ na psy, co mi z toho vyjde. Díky myším a jejich oňufávání je dokázáno, že pokud převezme výchovu fena se správně nastaveným chováním k potomkům, lze pozorovat změnu v chování potomků. Tuto výchovu samozřejmě utváří i chovatel a prostředí, ve kterém se štěňátka následně socializují. Ale tento vliv je nezanedbatelný.

Přidám-li k tomu informace z Nizozemské hladové zimy, potom je dokázáno, že epigeneticky ovlivňujeme celkem 3 generace – matku, potomka a zárodečné buňky potomka, tedy potomkova potomka. A dále nám to ukázalo, že ve vývoji každého živočišného druhu jsou velmi speciální periody, senzitivní periody, kdy se znovu nastavují epigenetické znaky v buňkách a tedy buňky jsou zvýšeně citlivé na jakýkoli nedostatek.

A konečně Överkalix studie ukázala, že tyto epigenetické změny se projevují nejen na kvalitě života, sklonům k onemocněním, ale i na jeho délce. A mohou se ukázat až ob-generaci.

Protože psi jsou chápáni obecně jako velmi dobrý model pro výzkum onemocnění, defektů a vlivu prostředí u člověka, existují i epigenetické studie přímo u tohoto živočišného druhu. Speciálně o nich bych chtěla mluvit na listopadové přednášce Něco jsme objevili! Kynologická epigenetika. Témata a přihlášení >>>

Zdroje

• Pembrey M, Saffery R, Bygren LO, et al. J Med Genet 2014;51: 563–572. – https://jmg.bmj.com/content/jmedgenet/51/9/563.full.pdf
• Stein AD, Pierik FH, Verrips GH, Susser ES, Lumey LH. Maternal exposure to the Dutch famine before conception and during pregnancy: quality of life and depressive symptoms in adult offspring. Epidemiology. 2009 Nov;20(6):909-15. doi: 10.1097/EDE.0b013e3181b5f227. PMID: 19752733; PMCID: PMC3850290. – https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3850290/
• Epigenetic Control of Gene Expression – on-line kurz Univerzity v Melbourne, dostupný před aplikaci Coursera – https://www.coursera.org/learn/epigenetics