Epigenetyka, czyli dlaczego warto pielęgnować dobre nawyki

Gabriela Orłowska-Matuszewska

Uniwersytet Wrocławski; Instytut Genetyki i Mikrobiologii, Zakład Genetyki; Przybyszewskiego 63; 51-148 Wrocław

Wstęp

Panujący przez lata determinizm genetyczny przyzwyczaił do myślenia, że program na życie zapisany w sekwencji nukleotydów budujących DNA jest niezmienny. Zgodnie z tym założeniem geny, które przypadły nam w udziale po przodkach, decydują o wyglądzie, upodobaniach, chorobach, ale też dokonywanych wyborach, osiąganych sukcesach i jakości życia. Nam samym pozostaje jedynie podporządkowanie się biologii i ewentualnie niwelowanie niekorzystnych układów genów. Odziedziczenie alleli osłabiających żywotność wiąże się z nieodwracalną nieuchronnością zdarzeń.

Każdy rodzaj determinizmu (genetyczny, okoliczności, psychiczny, czy środowiskowy) jest niezwykle wygodną wymówką zwalniającą z aktywności i samorozwoju, czyli brania odpowiedzialności za własne życie. Teoria determinizmu genetycznego z jednej strony zwalnia z takiej odpowiedzialności, z drugiej zaś upoważnia do prawnej ingerencji zewnętrznej (poprzez zmuszanie do leczenia, sterylizacji, czy wprowadzania różnych form ograniczania wolności jak np. zakazu zawierania małżeństw, czy podejmowania określonych zawodów).

Dzisiaj wiemy, że kształtowani jesteśmy przez geny, które reagują na bodźce środowiskowe. Dziedziczone są geny, ale sposób ich wykorzystania, użycia w znacznej mierze zależy już od ich właścicieli.

Dopiero nałożone na siebie: spuścizna po przodkach oraz własne doświadczenia i wybory decydują o fenotypie, czyli o tym jacy jesteśmy. Epigenetyka tłumaczy mechanizmy, dzięki którym genetycznie identyczne komórki wykazują różnice fenotypowe, wyodrębniają się w różne typy w obrębie organizmu i zmieniają swoją aktywność w odpowiedzi na bodźce środowiskowe. Wyjaśnia dlaczego bliźnięta monozygotyczne mino identycznej sekwencji DNA różnią się między sobą. Epigenetyka jest dziedziną genetyki, która zajmuje się wybiórczą aktywnością genów związaną z utrzymaniem życia komórki.

I. Determinacja genetyczna

Posiadamy wiele genów, których aktywności nie możemy dowolnie zmieniać i nie mamy na nie wpływu. Na przykład grupy krwi układu ABO determinowane są jednym genem zlokalizowanym na chromosomie 9. W populacji ten gen ma trzy allele, których kombinacja wyznacza grupę krwi. Znane są choroby genetyczne takie jak achondroplazja, czy pląsawica Huntingtona, dziedziczone jednogenowo, które już przy odziedziczeniu jednego allelu powodują wystąpienie objawów (dominujące) i inne które ujawniają się dopiero po odziedziczeniu dwóch alleli (recesywne) – takie jak fenyloketonuria, czy albinizm. Po odziedziczeniu konkretnych alleli nie mamy żadnego wpływu ani możliwości przemodelowania ich. Wprawdzie nie zawsze oznacza to konieczność bezradnego poddawania się wyrokom losu, bowiem stosując daleko idącą profilaktykę (profilaktyczne przyjmowanie czynnika krzepliwości krwi przy hemofilii), a czasem odpowiednią dietą można zapobiec pojawieniu się objawów choroby (np. dieta bardzo uboga w fenyloalaninę pozwala na prawidłowy rozwój układu nerwowego dzieci z fenyloketonurią). Niemniej nie da się całkowicie zniwelować obecności alleli determinujących chorobę i zostają one przekazywane potomstwu.

Z drugiej strony znane są geny, które powodują że ich nosiciele mają jedynie wrodzone predyspozycje do określonych chorób lub zachowań. Do nich należą między innymi te, które decydują o temperamencie i mają udział w kształtowaniu osobowości. Określają to, kim jesteśmy wyznaczając ramy, w obrębie których już środowisko modyfikuje sposób zachowania i rodzaje reakcji. Są osoby stale odprężone, nieprzejmujące się nawet trudnymi doświadczeniami i inne, dla których najprostsze zadanie jest wyzwaniem, po którym długo wracają do równowagi. Odziedziczamy predyspozycje do takich zachowań, ale sami możemy decydować na ile poddamy się presji genów. Osobiste doświadczenia, które zbieramy przez całe życie ostatecznie modelują charakter, a umiejętność radzenia sobie z emocjami jest jednym z wyznaczników dojrzałości.

Skrajnym przykładem odniesienia się do teorii determinizmu genetycznego w sferze zachowań była linia obrony Stephena Mobleya, który w 1991r. z zimną krwią strzelił do odwróconego tyłem sprzedawcy pizzy. Adwokat oparł się na zeznaniach krewnych, którzy opisywali niepokojące antyspołeczne zachowania pojawiające się od kilku pokoleń w tej rodzinie i wyciągnął wniosek, że należy winić geny, a nie człowieka. W latach 90. świat obiegła wiadomość o znalezieniu „genu agresji” w holenderskiej rodzinie, której agresywni członkowie byli nosicielami mutacji w genie MAO-A, kodującym monoaminooksydazę, białko związane z tlenową dezaminacją amin endogennych (takich jak dopamina, norepinefryna, serotonina, czy adrenalina). (Independent, 1995)

II. Mechanizmy zmian epigenetycznych

Podczas normalnego procesu rozwoju i różnicowania komórek specyficznych dla danego typu, generowany jest charakterystyczny dla nich wzór epigenetyczny.

U podstaw zmian epigenetycznych leżą biochemiczne modyfikacje nukleotydów budujących DNA. Modyfikacje już wbudowanych nukleotydów, a nie zmiany samych nukleotydów. Są to więc zmiany aktywności genów bez zmiany genotypu, sekwencja nukleotydów pozostaje niezmieniona. Do zjawisk epigenetycznych zalicza się modyfikacje białek histonowych budujących razem z DNA chromatynę, jak i modyfikacje samego DNA. Także interferencje RNA (RNAi) można uznać za regulacje epigenetyczne decydujące o ilości syntezowanego w komórce białka, będące reakcją na bodźce środowiskowe. Podczas normalnego procesu rozwoju i różnicowania komórek, komórek specyficznych dla danego typu, generowany jest charakterystyczny dla nich wzór epigenetyczny. Genom jest identyczny we wszystkich typach komórek danego organizmu, natomiast epigenom jest zmienny, zróżnicowany nie tylko w różnych typach komórek, ale może też zmieniać się w czasie. W organizmie człowieka jest ponad dwieście typów komórek (np. mięśniowe gładkie i prążkowane, nerwowe układu centralnego i obwodowe, różne typy komórek krwi, komórki różnych typów nabłonka, cebulki włosa itp. itd.) Właśnie epigenetyka tłumaczy zależną od środowiska zmienną ekspresję genów, która leży u podstaw różnicowania organizmu od zygoty do dojrzałego osobnika. Od niedawna dostarcza też dowodów, że wszystkie bodźce zewnętrzne takie jak wychowanie, miłość, pożywienie, głód, stres, poziom hormonów, terapie psychologiczne, używki, trauma, klimat, sport mogą zmieniać epigenom wpływając na zróżnicowaną aktywność genów. W tabeli 1 przedstawiono główne mechanizmy zmian epigenetycznych. W każdym przypadku są to modyfikacje odwracalne, prowadzące do zamiany dostępności do genów („włączanie” lub „wyłączanie”) na poziomie chromatyny lub samego DNA, albo uniemożliwiające wykorzystanie gotowych już matryc RNA (jak w przypadku interferencji RNA). Redagowanie RNA umożliwia powstawanie różnych izoform białka kodowanych przez ten sam gen. (Mehler, 2008)

Tab. 1 Główne mechanizmy zmian epigenetycznych

modyfikacje białek histonowych	metylacja	powoduje na ogół wyciszenie genów
	acetylacja	acetylacja histonów rdzeniowych rozluźnia strukturę chromatyny, zwiększa dostępność do genu
	fosforylacja	powoduje rozluźnienie struktury chromatyny
modyfikacje nukleotydów	metylacja	metylacja cytozyny (m^5C) prowadzi do unieczynnienia ekspresji genu
	fosforylacja	słaba aktywacja genu
interferencja RNA	wieloetapowa degradacja matrycy	brak produktu białkowego (mimo aktywności transkrypcyjnej genu)
redagowanie RNA	deaminacja (C w U ; A w I)	zmiana końcowego produktu białkowego

C – cytozyna; U – uracyl; A – adenina; I – inulina

Często metylacje cytozyny w DNA poprzedzone są modyfikacjami histonów, co razem prowadzi do stabilizacji podwójnej helisy. Utworzenie m⁵C powstrzymuje wiązanie specyficznych białek jądrowych związanych z różnymi genetycznymi procesami przebiegającymi w komórce takimi jak transkrypcja, replikacja czy naprawy DNA (Vanyushin 2005).

U ssaków, zależność między sygnałami epigenetycznymi a środowiskiem jest jeszcze słabo zdefiniowana, ale zarówno hipo- jak i hipermetylacja były związane są z procesami starzenia się. Stopniowa utrata całkowitej metylacji jest widoczne w trakcie hodowli fibroblastów in vitro, jak i u starzejących się organizmów. (Jaenisch, 2003)

III. Konsekwencje zmian epigenetycznych

Szczególnie atrakcyjne jest zrozumienie jak zmiany epigenetyczne wpływają na rozwój mózgu, utrzymanie homeostazy, procesy starzenia czy poznanie związku z etiologią różnych chorób w tym neurologicznych (Mehler, 2008)

Intuicyjnie od dawna wiemy, że są zachowania sprzyjające osiąganiu stanu równowagi psychofizycznej, jak i takie, które działają destrukcyjnie powodując stany lękowe i depresje, nawet jeśli skutki odsunięte są w czasie. Udowodniono, że traumatyczne doświadczenia przebyte we wczesnym dzieciństwie mają implikacje w dorosłym życiu. Doświadczenia przeprowadzono początkowo na myszach. Utrzymujący się w typie szczep myszy agouti ma celowo wprowadzone mutacje, które powodują żółte umaszczenie, dodatkowo myszy te mają tendencję do tycia i cukrzycy, a przez to zmniejszoną ruchliwość.

Waterland i Jirtle (2003) wykazali, że zmieniając dietę przyszłych matek można modyfikować fenotyp dzieci. Myszy agouti, których dieta wzbogacona została o witaminę B12, kwas foliowy oraz cholinę i betainę z buraków cukrowych wydawały na świat małe, zwinne, szare myszki o zmniejszonej podatności na nowotwory. Wynik jednoznacznie wykazał że dieta ma wpływ na aktywność genów zmieniając wzór metylacji genomu. (Waterland, 2003) Autorzy sugerują, że w zmianie wzoru metylacji biorą udział elementy mobilne genomu takie jak transpozony i retrortanspozony. Zakładają, że epigenetyczna metastabilność takich regionów czyni je podatnymi na wpływy środowiska, w tym diety, podczas wczesnego rozwoju organizmu. W innym eksperymencie wykazali, że genisteina, fitoestrogen występujący w soi, może być związany z mniejszą zachorowalnością na raka w Azji, w porównaniu z Zachodem, jak i zwiększonej zachorowalności na raka u Azjatów przybywających do Stanów Zjednoczonych (co wiąże się ze zmianą diety). Wzbogacenie diety mysich matek agouti o genisteinę powodowało przywracanie umaszczenia typu dzikiego Ta zmiana związana była ze zwiększoną metylacją cytozyny i guaniny w sześciu miejscach w retrotranspozonie powyżej miejsca startu transkrypcji genu Agouti. Zakres tej metylacji DNA wskazuje, że genisteina działa podczas wczesnego rozwoju embrionalnego. (Dolinoy 2006)

Był to pierwszy dowód, że suplement diety działa poprzez macicę na płód zmieniając fenotyp, w tym przypadku podatność do otyłości dorosłych osobników przez utrwalone zmiany epigenetyczne. Mimo, iż zdefiniowane są już pewne miejsca metylacji także w genomie człowieka, nie wykazano jeszcze takich asocjacji jak w przypadku myszy agouti. (Waterland, 2003).

Istnieją dowody, że u ludzi także dochodzi do dziedziczenia zmian epigenetycznych, które występują w odpowiedzi na dietę, suplementacje, czy na przykład palenie tytoniu. (Pembrey, 2006).

Ciekawych obserwacji dokonano analizując dzieci matek, które przeżyły holenderską zimę głodu. (Dutch Hunger Winter) W 1944r. w wyniku okupacji zachodniej części Holandii racje żywnościowe wahały się między 400 a 800 kcal dziennie. W trzydzieści lat później prześledzono losy dzieci i zauważono, że te wewnątrzmaciczne doświadczenia miały daleko idące konsekwencje zdrowotne. Rodzaj ryzyka zależy ściśle od określonego okresu, w którym płód doświadczył efektów głodu. Kobiety, których matki cierpiały głód w pierwszym trymestrze ciąży są bardziej zagrożone zachorowaniem na raka piersi; a w drugim trymestrze ciąży – zaburzeniami płuc oraz nerek, a obniżoną tolerancję glukozy u osób narażonych na głód w zaawansowanej ciąży (Painter,2005; Shulevitz, 2011) Głód w początkowym okresie ciąży skutkuje podwyższonymi wskaźnikami otyłości, chorobami układu krążenia i ma wpływ na spadek funkcji poznawczych osobników dorosłych (Schulz, 2010).

W eksperymencie z 2004 r. Meany i wsp. wykazali, że nie tylko czynniki biologiczne, ale i psychologiczne mogą wpływać na włączanie bądź wyłączanie genów. Troskliwa opieka matek nad potomstwem wpływa korzystnie na rozwój mózgu dzieci zwiększając ich możliwości poznawcze oraz zmniejszając podatność na stres. Dotknięcie językiem matki stymuluje hormon, który włącza gen wytwarzający receptory dla hormonu, który tonizuje hormon stresu. Dobrze pielęgnowane myszy były mniej zestresowane i mniej pobudliwe. Lizanie i dotykanie mysich noworodków powodowało zmianę metylacji promotora genu receptora glikokortykoidów (GR) w hipokampie. Różnice te pojawiały się już w pierwszym tygodniu życia i utrzymywały u osobników dorosłych, a polegały na zmienionej acetylacji histonów i czynnika transkrypcyjnego wiążącego się do promotora GR. (Weaver, 2004)

W społeczeństwie ludzkim także zaniedbanie rodzi zaniedbanie, córki dobrych matek same są dobrymi matkami, a córki zaniedbywane nie troszczą się o swoje potomstwo. Rodzą się z mniejszą liczbą receptorów estrogenowych niż dzieci dobrych matek i to powoduje, że są mniej wrażliwe na działanie oksytocyny, hormonu który budzi w nich instynkt macierzyński. (Shulevitz, 2011)

W innym eksperymencie wykazano, że ogromne znaczenie mają też relacje rodzinne. Badano wpływ obecności ojca na relacje matki i dziecka w ciągu pierwszych 15 dni życia. Brak ojca zdecydowanie zmniejszał instynkty opiekuńcze matki i noworodki częściej były zaniedbywane. Odbijało się to negatywnie na ich zdolnościach poznawczych testowanych w 60 dni później (labirynt Barnesa i test rozpoznawania obiektów) i co ciekawe z większym opóźnieniem reagowały samce niż samice. Takie myszy były bardziej strachliwe i produkowały więcej hormonu stresu. Są zmutowane szczepy myszy, które mają zaburzone relacje rodzinne - matki nie opiekują się młodymi. W tym przypadku obecność ojca nie miała większego znaczenia, zwłaszcza dla potomstwa płci żeńskiej. (Bredy, 2004; Meaney, 2005) Te dane potwierdzają wcześniejsze obserwacje, że opieka rodzicielska wpływa na rozwój ssaków i tłumaczą mechanizm działania poprzez wpływ na ilość receptora glikokortykoidów i obniżeniu odpowiedzi stresowej podwzgórze-przysadka-nadnercza. (Zhang; 2013),

U ludzi miłość i troska okazywana noworodkom i małym dzieciom ułatwia im uczenie się i poprawia pamięć, a w dorosłym życiu sprzyja osiąganiu sukcesów. Natomiast stres i traumatyczne przeżycia mogą być przyczyną różnego rodzaju zaburzeń z chorobami psychicznymi włącznie.

Wczesne doświadczanie stresu generuje zamiany epigenetyczne w tym zwiększoną metylację promotora glikokortykosteroidowego neuronów hipokampa (McGowan, 2009). Badano stopień metylacji regionu promotora ludzkiego genu GR (NR3C1) w DNA leukocytów pobranych od 99 zdrowych dorosłych osób. Uczestnicy informowali o swoich doświadczeniach z dzieciństwa, relacji z rodzicami, zachowaniach rodziców, maltretowaniu, bądź traumatycznych przeżyciach związanych np. z utratą rodzica. Badany gen pełni kluczową rolę w odpowiedzi na stres wpływając na produkcję kortyzolu, co może prowadzić do podatność na złe samopoczucie i nadwrażliwości na stres. Ustalono, że osoby, które w dzieciństwie były maltretowane lub przeżyły utratę rodzica wykazują podwyższony poziom metylacji genu receptora glukokortykoidowego (GR). Jest to pierwsze badanie mające na celu wykazanie związku ludzkich doświadczeń z dzieciństwa z epigenetyczną modulacją genu GR. Jak wspomniałam przebyty w dzieciństwie silny stres może stać się przyczyną stanów lękowych, depresji i innych zaburzeń psychicznych. Dokładne zrozumienie tych zależności może pomóc w opracowaniu skutecznych terapii. (Tyrka, 2012)

Aby sprawdzić hipotezę zakładającą, że w następstwie przewlekłego stresu mogą pojawiać się trwałe zmiany w aktywności genów (poprzez analizę metylacji DNA) przebadano grupę Afroamerykanów, którą podzielono na cztery w zależności stopnia zaawansowania zespołu stresu pourazowego (PTSD). Zauważono ogólne zwiększenie poziomu metylacji, a szczególną uwagę zwrócono na poziom metylacji BDNF. W badaniu tym obserwowano powiązanie między metylowanymi miejscami w 19 genach u osób z PTSD, 6 z przemocą w dzieciństwie i dodatkowo w pięciu genach u osób z TLS (Total Life Stress). Niektóre z tych genów znane były z aktywności w stanie zapalnym organizmu. (Smith, 2011) Wielu autorów donosi o identyfikacji zmian epigenetycznych w licznych genach związanych z odpowiedzią immunologiczną u osób z PTSD co potwierdza się powszechną obserwacją słabszej kondycji zdrowotnej osób „po przejściach”. (Uddin, 2010)

Krew pępowinowa pobierana od matek z wysokim poziomem depresji i lęku w trzecim trymestrze ciąży ujawniała różnice w metylacji podobne do tych, które związane są z rozregulowaniem układu hormonalnego. (Heinzelmann 2013)

IV. Modelowanie epigenomu

Coraz częściej pojawiają się doniesienia, że mechanizmy, które odpowiedzialne są za regulację ekspresji związaną z normalnym rozwojem i różnicowaniem się komórek mogą też być odpowiedzialne za plastyczność centralnego układu nerwowego, w tym za tworzenie pamięci długoterminowej. Jak wykazuje Chwang i wsp.(2006) pamięć długoterminowa związana jest z fosforylacją i acetylacja histonów w hipokampie. Szczególną uwagę autorzy zwracają na modyfikacje histonu3, ale podkreślają, że pojedyncza modyfikacja histonu może mieć różne funkcje w komórce, dopiero w określonej skoordynowanej konfiguracji służy jako epigenetyczny wzorzec transkrypcji genów podtrzymujących pamięć. (Puckett, 2012, Sultan 2011)

Kierowcy londyńskich taksówek są obiektami ciekawych badań związanych z możliwością nauki i przetwarzania informacji w hipokampie, plastyczność hipokampa i jego konsekwencji neuropsychologicznych. W licznych badaniach wykazano, że londyńscy taksówkarze o dużej umiejętność nawigacji po mieście mają zwiększoną objętość istoty szarej hipokampa. Także u przedstawicieli innych zawodów, którzy intensywnie wykorzystywali pamięć (matematycy, muzycy, osoby dwujęzyczne) stwierdzono różnice w objętości różnych części mózgu (Woollett,2012; Woollett,2009, Maguire, 2000). Wykazano więc, że doświadczenie (intensywne i długotrwałe) modyfikuje epigenom i prowadzi do utrwalania się zmian aktywności genów zaangażowanych w proces uczenia się.

Inne badania wskazują że aktywność fizyczna wpływa na obniżenie metylacji DNA w komórkach mięśniowych. Wyniki wskazują, że DNA mięśni szkieletowych osób, które gimnastykowały się nawet przez krótki czas, ma mniej grup metylowych niż przed rozpoczęciem ćwiczeń. Niższy był poziom metylacji promotorów genów mających znaczenie metaboliczne. Zniesienie metylacji umożliwia czynnikom transkrypcyjnym dostęp do DNA i inicjację procesu transkrypcji genów wpływających na zwiększenie komórkowego metabolizmu cukrów i tłuszczów, co wpływa na poprawę wydajności mięśni. (Barrès, 2012)

Ponieważ poprzez czynniki środowiskowe możemy spowodować zmianę przemiany materii, zbadano, czy uprawianie gimnastyki zmieni wzór metylacji DNA i ekspresję genów w ludzkiej tkance tłuszczowej. Eksperyment prowadzono sześć miesięcy. Wyniki wskazują na zarówno globalne zmiany metylacji DNA jak i osobnicze zmiany w znakowaniu sekwencji poprzedzającej geny w reakcji na wysiłek. Zauważono też, różnice w metylacji DNA w 39 genach kandydujących na geny związane z otyłością i cukrzycą typu 2 w ludzkiej tkance tłuszczowej po wysiłku. Jest to funkcjonalny dowód, że geny, które podlegają różnicowej metylacji DNA oraz ekspresji w tkance tłuszczowej człowieka reagują na ćwiczenia fizyczne, co z kolei wpływania na metabolizm adipocytów. Badanie to dostarcza pierwszej szczegółowej mapy wzoru metylacji genomu w ludzkiej tkance tłuszczowej i powiązania mogące mieć wpływ na metabolizm komórek tłuszczowych. (Ronn, 2013)

Otwartym pozostaje pytanie jak długo mogą utrzymać się zmiany epigenetyczne wprowadzone do genomu dojrzałego organizmu. Wspominałam już o wpływie kondycji matki w czasie ciąży na stan zdrowia nie tylko noworodków, ale i dojrzałych osobników. Badania Pembrey mówią o trzech generacjach i zwracają uwagę na rolę płci w ekspresji genów. Wyniki wskazują na istnienie zależności między sytuacją ekonomiczną dziadków, a kondycją zdrowotną wnuczków, przy czym słaba kondycja dziadków odbijała się na ryzyku śmiertelności wnuków, a babć na wnuczki. Rzadko też mówi się o wpływie ojca na kondycję dzieci. Prembrey ze współpracownikami zauważyli, że im wcześniej ojcowie rozpoczynali palenie tym dzieci miały wyższy wskaźnik BMI. W miarę wzrostu otyłość utrzymywała się u chłopców, a zanikała u dziewcząt. (Pembrey,2006).

Przewlekłe choroby, takie jak cukrzyca typu 2, choroby układu krążenia, zespół metaboliczny i otyłość są w różnym stopniu, związane z niezdrowym stylem życia i zachowania, w tym palenia tytoniu, złej diety, brakiem aktywności fizycznej i zwiększonym narażeniem a stres. Doceniając znaczenie interakcji gen-środowisko American Medical Association opublikował wytyczne działań prozdrowotnych z zaleceniem zwrócenia uwagi na styl życia w ramach medycyny klinicznej. Idąc dalej, można dostosować wytyczne do indywidualnych potrzeb pacjenta i tym ma się zajmować medycyna spersonalizowana, skierowana do konkretnych pacjentów, a zmiana stylu życia traktowana ma być jak lek (Minich, 2013) Wydaje się, że wraz z pojawieniem się medycyny spersonalizowanej opartej na diagnostyce i ocenie własnego genotypu zalecenia żywieniowe i stylu życia nieuchronnie staną się zindywidualizowane i dostosowane do konkretnego pacjenta. Zmodyfikowane podejście kliniczne, uwzględniające zależność "lek- styl życia", pomaga wypełnić lukę poprzez dodanie motywacji i zachowań prozdrowotnych do działań z zakresu medycyny konwencjonalnej. Coraz częściej prowadzone skojarzone praktyki są nie tylko skuteczne, ale też obniżają koszty samego leczenia.(Egger, 2009)

V. Podsumowanie

Mechanizmy epigenetyczne, nie tylko szybko reagują na otoczenie (środowisko), ale wprowadzone zmiany utrzymują się długo, a nawet przechodzą z pokolenia na pokolenie. W konsekwencji wydarzenie z dzieciństwa może zmienić sposób, w jaki geny reagują w innej sytuacji w wieku dorosłym. Znaczy to też, że zmieniając nawyki możemy świadomie sterować aktywnością naszych genów i wpływać nawet na podstawowy metabolizm. To, że uzyskujemy od rodziców określone geny, nie oznacza jeszcze, że skazani jesteśmy na ten sam los. Sami możemy decydować czy odziedziczony przez nas gen np. skłonności do alkoholu będzie silnie wpływać na nasze życie, czy zostanie “wyciszony”.

Modyfikacje epigenetyczne mogą się pojawić w wieku dorosłym, w dzieciństwie, a nawet in utero. Bodźce środowiskowe mogą zmieniać poziom i zasięg regulacji aktywności genów czym tłumaczy się zależności między stylem życia a ryzykiem wystąpienia choroby.

Przed rewolucją epigenetyczną uznawano, że wpływy środowiska takie jak brak miłości, kultura, czy dieta tylko doraźnie ingerują w zachowanie, psychikę, czy system hormonalny. Nowe spojrzenie na tę kwestię jest odmienne: komórki mają pamięć, która za pomocą trwałych zmian w aktywności genów zapisuje reakcje na otoczenie (Spork, 2011).

Ogólnie pojęty styl życia należy traktować jak lek, który i leczy i zapobiega chorobom, a dostosowany do indywidualnych potrzeb pacjenta powinien być traktowany równie poważnie jak farmaceutyk.

I jeszcze, pamiętając, że wraz z wiekiem zwiększa się poziom metylacji, w pewnym zakresie sami możemy decydować o tempie starzenia się naszego organizmu.

VI. Literatura

1. Barrès R, Jie Y, Egan B, Treebak JT, Rasmussen M., Fritz T., Caidahl K., Krook A., O'Gorman DJ, Zierath JR., (2012), Acute Exercise Remodels Promoter Methylation in Human Skeletal Muscle Cell Metabolism, 15(3):405-4011

2. Bredy TW, Lee AW, Meaney MJ, Brown RE, (2004), Effect of neonatal handling and paternal care on offspring cognitive development in the monogamous California mouse (Peromyscus californicus).. Horm Behav. 2004 Jun;46(1):30-8.

3. Chwang WB, O’Riordan KJ, Levenson JM, Sweatt D, (2006), ERK/MAPK regulates hippocampal histone phosphorylation following contextual fear conditioning. Learn Mem.;13(3):322-8.

4. Dolinoy DC, Weidman JR, Waterland RA, Jirtle RL, (2006), Maternal genistein alters coat color and protects Avy mouse offspring from obesity by modifying the fetal epigenome. 114(4):567-72

5. Egger GJ, Binns AF, Rossner SR, (2009), The emergence of "lifestyle medicine" as a structured approach for management of chronic disease; Med J Aust. 2; 190 (3) :143-5.

6. Heinzelmann M, Gill J, (2013), Epigenetic Mechanisms Shape the Biological Response to Trauma and Risk for PTSD: A Critical Review; Nurs Res Pract

http://www.plosone.org/article/info:doi/10.1371/journal.pone.0030148#pone.0030148-Epel1

1. Independent, (1995), Do your genes make you a criminal? The Independent Press London Sunday 12 February 1995 http://www.independent.co.uk/news/uk/do-your-genes-make-you-a-criminal-1572714.html

2. Jaenisch R, Bird A, (2003), Epigenetic regulation of gene expression: how the genome integrates intrinsic and environmental signals Nat Genet.;33:245-54.

3. Maguire EA, Gadian DG, Johnsrude IS, Good CD, Ashburner .J, Frąckowiak RS, Frith CD, (2000), Navigationrelated structural change in the hippocampi of taxi drivers. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 97, 4398–4403

4. McGowan PO, Sasaki A, D’Alessio AC, Dymov S, Labonté B, Szyf M, Turecki G, Meaney MJ, (2009), Epigenetic regulation of the glucocorticoid receptor in human brain associates with childhood abuse. Nature Neuroscience.;12(3):342–348.

5. Meaney MJ, Szyf M, (2005),Environmental programming of stress responses through DNA methylation: life at the interface between a dynamic environment and a fixed genome. Dialogues Clin Neurosci.;7(2):103-23

6. Mehler MF,(2008), Epigenetics principles and mechanisms underlying nervous system functions in health and disease; Progress in Neurobiology; vol. 86 (4)

7. Minich DM, Bland JS, (2013), Personalized Lifestyle Medicine: Relevance for Nutrition and Lifestyle Recommendations; ScientificWorldJournal.vol. 2013; http://dx.doi.org/10.1155.2013.129841

8. Painter RC, Roseboom TJ, Bleker OP, (2005), Prenatal exposure to the Dutch famine and disease in later life: an overview; Reprod Toxicol.;20(3):345-52.

9. Pembrey ME, Bygren LO, Kaati G, Edvinsson S, Northstone K, Sjöström M, Golding J; ALSPAC Study Team, (2006), Sex-specific, male-line transgenerational responses in humans Eur J Hum Genet.;14(2):159-66.

10. Puckett RE, Lubin FD, (2011), Epigenetic mechanisms in experience-driven memory formation and behavior Epigenomics.; 3(5): 649–664.

11. Rönn T, Volkov P, Davegardh C, Dayeh T., Hall E., Olsson AH, Nilsson E, Tornberg A, Nitert MD, Eriksson KF, Jones HA, Groop L., Ling C., (2013), A Six Months Exercise Intervention Influences the Genome-wide DNA Methylation Pattern in Human Adipose Tissue, PLOS Genetics, June 2013 http://www.plosgenetics.org/article/info:doi/10.1371/journal.pgen.1003572

12. Schulz C,(2010), The Dutch Hunger Winter and the developmental origins of health and disease; Proc Natl Acad Sci U S A.; 107(39): 16757–16758.

13. Shulevitz J,(2011)Lamarcka Reverange www.newrepublic.com/book/review/ultimate-mystery-inheritance-epigenetics-richard-francis

14. Smith AK, Conneely KN, Kilaru V, Mercer KB, Weiss TE, Bradley B, Tang Y, Gillespie CF, Cubells JF, Ressler KJ, (2011), Differential Immune System DNA Methylation and Cytokine Regulation in Post-Traumatic Stress Disorder, Am J Med Genet B Neuropsychiatr Genet. 2011 September; 156B(6): 700–708.

15. Sultan FA, Day JJ, (2011), Epigenetic mechanisms in memory and synaptic function; Epigenomics.; 3(2): 157–181.

16. Tyrka, AR, Price LH, Marsit C, Walters OC, Linda L, Carpenter LL, (2012), Childhood Adversity and Epigenetic Modulation of the Leukocyte Glucocorticoid Receptor: Preliminary Findings in Healthy Adults 2012

17. Uddin M, Aiello AE, Wildman DE, Koenen KC, Pawelec G, Santos de los R, Goldmann E, Galea S, (2010), Epigenetic and immune function profiles associated with posttraumatic stress disorder; Proc Natl Acad Sci U S A.; 107(20): 9470–9475

18. Vanyushin BF, (2005), Enzymatic DNA Methylation Is an Epigenetic Control for Genetic Functions of the Cell., Biochemistry (Moscow); 70 (5): 488-598

19. Waterland RA, Jirtle RL, (2003), Transposable elements: targets for early nutritional effects on epigenetic gene regulation. Mol. Cell. Biol. 23: 5293-5300

20. Weaver IC, Cervoni N, Champagne FA, D'Alessio AC, Sharma S, Seckl JR, Dymov S, Szyf M, Meaney MJ., (2004), Epigenetic programming by maternal behavior; Nat Neurosci. Aug;7(8):847-54.

21. Woollett K, Maguire EA,(2012), Exploring anterograde associative memory in London taxi drivers; Neuroreport.; 23(15): 885–888.

22. Woollett K, Spiers HJ, Maguire EA, (2009), Talent in the taxi: a model system for exploring expertise Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2009 May 27; 364(1522): 1407–1416.

www.newrepublic.com/book/review/ultimate-mystery-inheritance-epigenetics-richard-francis

1. Zhang TY, Labonté B, Wen XL, Turecki G, Meaney MJ, (2013), Epigenetic mechanisms for the early environmental regulation of hippocampal glucocorticoid receptor gene expression in rodents and humans. Neuropsychopharmacology; 38(1):111-23. .2012.149.