Epigenetika és öröklődés

Az unokákra marad

Tudomány

A jövő biológiai kutatásainak egyik legígéretesebb ága az epigenetika. Vajon átörökíthetők a tapasztalatok, a stresszhelyzetek során kialakult tulajdonságok?

A genetika hagyományos szemlélete szerint az örökítőanyag, a DNS-lánc bizonyos szakaszairól, a génekről a hírvivő RNS- (mRNS) molekulák leolvassák a tervrajzot, majd a fehérjegyár (riboszómák) futószalagjáról kigördül a termék. Ám egyre több ismeretünk van olyan, eddig külön kezelt, epigenetikainak nevezhető tényezőről, melyek ugyan nem érintik a DNS „betűsorrendjét”, de módosíthatják a gének működését.

 

Mi az epigenetika?

Az élő organizmusokban lineáris szerkezetű makromolekulák (leggyakrabban a DNS) szolgálnak elsődleges információhordozóként: a komponensek (nukleotidok) sorrendje kódolja az információt, mely az adott élőlény teljes testi felépítéséhez (a fenotípushoz) szükséges. A gének megváltozása és egy-egy módosult verzió elterjedése az adott populációban rendkívül lassú folyamat, akár generációk százai szükségesek hozzá, ugyanakkor kétségtelen, hogy a gyors alkalmazkodás evolúciós előnyt jelent. Ez a szelekciós nyomás okozza, hogy az evolúció során olyan – gének által kódolt – struktúrák, tulajdonságok jelennek meg, amelyek az egyed életében is képesek változni a környezeti hatások függvényében, és így lényegesen gyorsabb alkalmazkodást tesznek lehetővé.

E rövid távú és gyors alkalmazkodás végbemehet a kifejlett egyedek testét alkotó (szomatikus) sejtekben, ahogy például az erős napfény hatására aktivizálódnak a melanociták, azaz lebarnulunk. De történhetnek olyan változások is, amelyek a testi sejtek mellett a csíravonal sejtjeit, ivarsejtjeit is érintik. Ekkor a változás örökletes, a szülőt érő környezeti hatások az utódok fenotípusát is képesek befolyásolni. Általános értelemben epigenetikusnak (lásd: Egy fogalom története című keretesünket) számít minden olyan információ, amely öröklődik, de nem a DNS nukleotidsorrendjében, azaz a
gének szerkezetében van tárolva. Jellemzően a gének felett álló, a gének kifejeződését (elolvashatóságát) szabályozó vagy maszkírozó adatként képzelhető el, ami két jellegzetes szerepkörben fejti ki hatását.

Előfordulhat, hogy az élőlény „belső környezete” változtatja meg a sejt génkifejeződési mintázatát: közismert, hogy a többsejtű organizmusok minden testi sejtje ugyanazokat a géneket hordozza, ugyanakkor a funkcionálisan különböző sejtekben más-más génkészlet aktív. Máskor az élőlény külső környezete változtatja meg a sejt vagy sejtcsoport génkifejeződési mintázatát: az anyai szervezet például aszimmetriát hoz létre a képződő petesejtben, mert bizonyos molekulákat annak csak az egyik felébe koncentrálja. E kezdeti aszimmetria teszi lehetővé például a „fej-farok” vagy a „hát-hasi” tengely kialakulását az embrióban. A kifejlett egyedeket érő környezeti hatások – éhezés, stressz vagy épp a táplálék bősége – szintén képesek az epigenetikus információ megváltoztatására. Az iménti példák tanulsága az lehet, hogy az efféle információ átprogramozhatósága része az evolúciós alkalmazkodásnak: a gének egyre több teret hagynak a környezeti hatásoknak a fenotípus kialakításában.

De a nagy kérdés nem az, hogy vannak-e olyan epigenetikai tényezők, melyek a DNS-en kívül működve befolyásolják a genetikai kód kiolvasását, hanem az, hogy módosulásuk miként örökíthetők át az utódokra.

 

A kutatások tanulsága

Jó néhány vizsgálat született az utóbbi években, melyek megállapításai vitákat váltottak ki a szakemberek között, miközben a laikus közvélemény körében nem kis szenzációt okoztak. A legnagyobb sajtóvisszhangot talán a New York-i Mount Sinai Orvosi Egyetem kutatócsoportjának tavalyi eredményei gerjesztették: vizsgálataik során úgy találták, hogy a holokauszttúlélők gyermekei sokkal hajlamosabbak a traumák hatására fellépő úgynevezett poszt­traumatikus stresszre. Ebből arra következtettek, hogy az elszenvedett trauma kódolva rögzül az örökítőanyagban, ennek mikéntjéről azonban nem tudtak számot adni, magyarázatuk pedig nem aratott osztatlan sikert a genetikusok és a biológusok körében, akik számos módszertani problémát is kifogásolhattak.

A másik sokat emlegetett példa szerint az utolsó II. világháborús tél hollandiai éhínsége súlyos következményekkel járt azokra nézve is, akikkel épp várandós volt az édesanyjuk. A hírek már arról szóltak, hogy egyes epigenetikai változások több generáción keresztül hatnak, s hogy a kutatási adatok azt mutatják, hogy a fiatal férfiak utódnemzése előtti éhezése csökkenti az utódok cukorbetegségre való hajlamát. De találunk még ennél merészebb megállapításokat is, melyekkel csupán az a gond, hogy míg növényeknél és egyszerűbb állatoknál (fonalféreg-szinten) már igazolták az epigenetikai öröklődést, és lassan tisztázódik annak mechanizmusa is, a genetikailag jóval bonyolultabb emlősöknél még nem nagyon tudjuk magyarázni az efféle folyamatot, ezért félő, hogy félreértünk bizonyos látszólagos összefüggéseket. A molekuláris biológia mára jutott el arra a szintre, hogy feltehesse a nagyon izgalmas kérdést: lehet-e beszélni a humángenetikában is ilyen transzgenerációs, epigenetikai hatásról?

A kutatók többsége erősen szkeptikus: nagyon komoly és megfelelően erős szinten bizonyítandó állítás, hogy bizonyos stresszhormonok átírhatják az emberi genomnál az epigenetikai jeleket, s ez a hatás átmehet az utódba, és ez még molekuláris szinten is kimutatható. A sajtóban megfuttatott vizsgálatok némelyikét könnyű darabokra szedni: ajánljuk figyelmükbe a Critical Biomass blog Örökölhető-e a félelem? című bejegyzését a cseresznyevirág illatkomponensére (acetofenonra) érzékennyé tett egerek esetéről, amelyek állítólag az illat és a sokk kapcsolatát utódaikra is hagyományozták…

Az óvatosság egyik fő oka, hogy rengeteg a fehér folt az epigenetikai mintázatok átöröklésének molekuláris mechanizmusai kapcsán. A tudomány adós a teljes, soklépcsős folyamat leírásával. Mindenesetre változni látszik az epigenetikai öröklődéssel kapcsolatos konszenzus: míg a tudósok korábban biztosak voltak abban, hogy a szülőkben kialakult epigenetikai változások, például a gének kifejeződését blokkoló metilációk, vagyis az elvileg nem öröklődő információk (erről lásd: Gének és epigének című keretes írásunkat!) letörlődnek az ivarsejteket létrehozó sejtosztódásnál, a meiózisnál, mára kiderült, hogy ez nem igaz minden génre. Vagyis az ivarsejteken át esetleg az utódokba is átkerülhetnek olyan metilációk, amelyek miatt egyes gének kevésbé vagy jobban kifejezettek. Csakhogy még nem tudjuk, hogy ez mely géneknél, milyen hatások következtében s mikor történik meg, ráadásul a most feltárni próbált transzgenerációs hatások alig kimutatható kicsiny változásokat okoznak.

Noha nagyon fontosak azok a kutatások, amelyek a környezeti tényezők molekuláris hatásaira hívják fel a figyelmet, nem árt óvatosnak lenni, ha azt halljuk, hogy az életmóddal tudatosan tudnánk szabályozni a genetikai hajlamokat. Az ezzel kapcsolatos túlfeszített következtetések rendre a tudományon kívülről, az új divatra rárepülő obskúrus életmódipar világából érkeznek, sőt az ezoterikus szakportálok máris „transzgenerációs epigenetikus kineziológiai” tanfolyamokat hirdetnek.

Gének és epigének

Az epigenetikus információ feladata a génkifejeződés szabályozása – a „genom maszkolása”. Ez általában ténylegesen a DNS-lánchoz kapcsolódó molekulákon keresztül valósul meg. Ezek nem módosítják a DNS nukleotidsorrendjét, ám képesek segíteni vagy megakadályozni, hogy a DNS olvasását végző óriásmolekulák egy-egy régióhoz hozzáférjenek.

Az elmúlt években közelebb kerültünk az epigenetika biokémiai mechanizmusainak megértéséhez, miután a kutatók az adott génszakasz kikapcsolásával járó DNS-metilációt kutatták. Emellett fontos lehet az örökítőanyagot becsomagoló és struktúrába rendező hiszton fehérjeburok szabályozó szerepe és annak szerkezeti módosulása, valamint a genetikai információ fordítását végző mRNS-t blokkoló ún. kis RNS, a telomeráz enzim, de a színtest és a mitokondrium genomja is szerepet játszik a folyamatban. A sejt epigenetikai tényezőinek összességére külön nevet is alkottak: ez az epigenom. Ahogyan egy embrió több sejtfejlődési útvonalat is választhat, úgy egy genom is több epigenetikus útvonallal rendelkezik.

Egy fogalom története

Az epigenetika és az epigenetikus mechanizmus kifejezések manapság a külső, környezeti faktoroknak a gének be- és kikapcsolására gyakorolt hatására, illetve ennek vizsgálatára vonatkoznak, s eredetüket tekintve már több mint százévesek. Az epigenezis ma már nyilvánvalónak tűnő, 18. századi tana szerint valamennyi sejtünk és szervünk ivarsejtekből, spórákból, petékből vagy tojásokból alakul ki sejtdifferenciálódás révén. A maga idejében forradalminak számító tan szemben állt a preformáció teóriájával, amely szerint minden szerv a maga miniatűr másából fejlődik ki. C. H. Waddington (1905–1975) brit fejlődésbiológus használta először az epigenetika fogalmát a maihoz hasonló értelemben. Waddington egy hegytetőről legördülő, majd a lokális minimumokon megpihenő üveggolyókkal modellezte az „epigenetikus táj” elméletét. Ahhoz képest, hogy ekkor, vagyis 1942-ben még nem igazán ismerték sem a gének pontos szerepét, sem azok biokémiai kifejeződését (a DNS szerkezete is ismeretlen volt), Waddington fogalmai – igaz, jócskán módosult jelentéssel – komoly karriert futottak be. Először a fejlődéspszichológiában, ahol az öröklött adottságok és a környezeti tényezők kölcsönhatását vizsgálták a segítségével.

Korunk molekuláris genetikával foglalkozó tudósai számára az epigenetika azoknak a mechanizmusoknak a vizsgálata, amelyek biztosítják a génaktivitás tér- és időbeli kontrollját. A manapság uralkodó szigorúbb megközelítés szerint az epigenetika a génfunkciókban mutatkozó, mitózis (sima sejtosztódás) vagy meiózis (az ivarsejtek képződésében játszó osztódás) révén öröklődő változásokkal foglalkozik, melyek nem magyarázhatók meg a DNS szekvenciájának változásával.

 

Neked ajánljuk