Medzi génmi a prostredím fungujú epigenetické mechanizmy ako mosty, ktoré umožňujú naštartovať napríklad rozvoj ochorenia.
Ilustračný obrázok. Zdroj: iStockphoto.com
Genetická informácia zapísaná v poradí základných stavebných tehličiek (báz) DNA, ktorú obsahujú gény zdedené od našich rodičov, nepredstavuje jednoznačný, nemeniteľný návod, podľa ktorého sa bude odvíjať niť nášho života. Človek nie je bezmocný pred osudom, ktorý mu „naplánujú“ jeho gény. Tie sa prejavujú (exprimujú) pomocou epigenetických procesov a mechanizmov, ktoré študuje epigenetika. Paradoxne ich môžeme ovplyvniť a „ovládať“ aj my, napríklad správnou životosprávou.
Epigenetika a jej mechanizmy regulujú činnosť ľudských génov
Epigenetika skúma niečo, čo nemáme obsiahnuté v našich génoch, presnejšie mechanizmy regulácie prejavu (činnosti) génov. Naviac sa zaoberá takzvaným medzigeneračným prenosom epigenetickej dedičnej informácie. Tá nie je zapísaná v poradí báz DNA, ale v podobe chemických epigenetických značiek (markerov) na molekule DNA. Epigenetické značky sa objavujú na DNA vďaka činnosti epigenetických mechanizmov pri „povrchových úpravách“ dedičnej molekuly. Epigenetika sa neobmedzuje len na skúmanie mechanizmov, akými je činnosť génov regulovaná, ale aj na konkrétne vonkajšie faktory (podnetory), ktoré prejavy génov ovplyvňujú.
Genetika a epigenetika sa venujú dedičnosti, každá však inej
Napriek tomu, že grécka predpona epi znamená nad, epigenetika je súčasťou genetiky. Tiež sa zaoberá dedičnosťou a dedičnými zmenami, nazývanými epimutácie. Genetika sa zameriava priamo na mutácie, respektíve dedičné zmeny jednotiek genetickej informácie, čiže génov, ktoré sa nachádzajú v bunkových jadrách. Mutácie súvisia s nevratnými zmenami v štruktúre dvojzávitnice DNA. Genetici teda študujú poškodenia, ktoré vznikajú v dôsledku génových mutácií meniacich štruktúru molekuly DNA, v ktorej je zapísaný náš dedičný záznam.
Epigenetika skúma vratné zmeny v aktivite (činnosti) génov (pri ich zapínaní – aktivácii a vypínaní – inaktivácii) vyvolaných faktormi prostredia. Samotné zmeny týkajúce sa regulácie činnosti génov zabezpečujú epigenetické mechanizmy „povrchovými úpravami“ vo forme „prilepenia“ špecifických, vyššie už spomínaných značiek (markerov) na povrch molekuly DNA.
Ilustračný obrázok. Zdroj: iStockphoto.com
Čo nemôžeme ovplyvniť
Kým niektoré epigenetických procesy a mechanizmy môžeme ovplyvniť a „ovládať“ aj my, napríklad už spomínanú správnu životosprávu, sú situácie a udalosti, ktoré nemôžeme ovplyvniť a často ani predvídať. Ako napríklad v súčasnosti, keď sme svedkami obrovskej utečeneckej vlny Ukrajincov, ktorí tak reagujú na vojenský útok Ruska na ich domovinu. Pravdaže, môžeme im vyjadriť solidaritu, do nejakej miery uľahčiť situáciu, v ktorej sa ocitli, čo aj vo veľkom meradle robíme. Avšak nevieme zabrániť epigenetickým mechanizmom, ktoré takéto situácie, prirodzene, v ľuďoch na úteku, no i v tých, ktorí ostali vo vojnovej zóne, spúšťajú a môžu na ďalšie generácie prenášať emócie, strach, zúfalstvo, beznádej, negatívne stresové reakcie a depresie.
Medzigeneračný prenos a epigenetická pamäť
Zmenám v génovej expresii, ktoré vedú k zmene niektorých znakov a vlastností, hovoríme epimutácie. Tie sa môžu prenášať nielen na naše deti, ale aj medzigeneračne na ďalšie generácie našich potomkov. Pri objasňovaní princípov medzigeneračnej epigenetiky vedci zistili, že potomkovia majú často vďaka epigenetickej pamäti „zaznačené“ na svojej DNA pomocou epigenetických značiek to, čo prežili ich rodičia. Znamená to, že markery sa môžu dediť a prenášať na potomstvo. Deti dokonca môžu zdediť reakcie na negatívne zážitky svojich rodičov a prarodičov.
Napríklad stres vojnou zmietaných ukrajinských detí môže „nastaviť“ epigenetické mechanizmy tak, aby ich stresové reakcie zdedili aj ich potomkovia. Vedci predpokladajú, že epigenetické značky sa prenášajú na potomka prostredníctvom pohlavných buniek – gamét (spermie a vajíčka) – počas oplodnenia. Ide o takzvané epigenetické programovanie. Okrem toho odborníci potvrdili, a to na základe experimentálnych údajov získaných na myšacích modelových systémoch, že správanie matky počas gravidity a aj neskôr po narodení potomka ďalej ovplyvňuje „povrchové úpravy“ DNA dieťaťa. Je preto pravdepodobné, že počas ťarchavosti i po narodení získava plod a novorodenec ďalšie varovné stresové signály, na ktoré jeho vlastné epigenetické mechanizmy náležite reagujú.
Epigenetické mechanizmy a stres
Odborníci potvrdili vzťah medzi epigenetickými zmenami a stresom. Takmer každý jedinec sa denne stretáva s pôsobením stresorov, čiže podnetov prichádzajúcich z vonkajšieho alebo vnútorného prostredia. Stresory narušujú vnútornú rovnováhu (homeostázu) ľudského organizmu a vedú k aktivácii stresovej reakcie. O tom, ako jedinec vníma a reaguje na daný stresor, rozhoduje viac faktorov, a to nielen genetické, ale aj epigenetické. Tie sa výrazne prejavujú predovšetkým pri pôsobení stresorov vo včasných vývinových obdobiach jedinca. Patria k nim zážitky, ba dokonca aj kultúrne prostredie, v ktorom vyrastali jeho rodičia a prarodičia.
Ilustračný obrázok. Zdroj: iStockphoto.com
Stres nie je len negatívny fenomén
Prečo sa stres epigeneticky prenáša na ďalšie generácie, keď predstavuje niečo negatívne? Stres však nie je jednoznačne len negatívny fenomén. Oficiálne sa považuje za nešpecifickú obrannú reakciu organizmu. Objavuje sa pravdepodobne preto, aby potomkovia stresovaného rodiča získali nejakú výhodu a boli odolnejší a pripravení na ťažšie životné podmienky ako ich rodičia alebo prarodičia. Samotná stresová reakcia je preto veľmi dôležitá v prípade, ak jedincovi hrozí nebezpečenstvo. Ukázalo sa, že chronické pôsobenie stresorov väčšinou nevyvoláva vznik chorôb priamo. Ide o takzvaný permisívny (rozhodujúci) faktor, ktorý môže mať negatívny dopad na celkový zdravotný stav predisponovaného jedinca (čiže osoby s vrodenou alebo získanou náchylnosťou na chorobu).
O citlivosti či odolnosti voči stresu rozhodujú aj matky
Vedci potvrdili dôležitosť „prilepovania“ epigenetických značiek na DNA jedinca už v ranom veku, pretože môžu rozhodnúť o celoživotnej citlivosti alebo odolnosti voči stresu. Epigenetickú reguláciu stresových reakcií si môžeme demonštrovať na myšiach. Experimentálne sa potvrdilo, že mláďatá, o ktoré sa matky vzorne starali, boli odolnejšie voči stresu v porovnaní s tými, ktorých matky starostlivosť zanedbávali. Starostlivým správaním sa odstránia epigenetická značky z génu, ktorý nepriamo ovplyvňuje prekonávanie stresu u dospelého jedinca. Takže sa tento gén sa aktivuje. Odborníci potvrdili, že stresujúce životné udalosti môžu meniť náchylnosť jedinca na stres a jeho stresovú zraniteľnosť, čo sa môže preniesť aj na nasledujúce generácie. Treba však otvorene konštatovať, že presný mechanizmus, ktorý je zodpovedný za transgeneračný prenos stresovej zraniteľnosti, si vyžaduje ešte ďalší výskum.
Vojna na Ukrajine negatívne mení epigenóm Ukrajincov
Stres sa stáva pre človeka nebezpečným najmä vtedy, keď pôsobí na jeho organizmus dlhodobejšie alebo ho stimuluje veľmi silný stresor. Pre súčasného človeka je najnebezpečnejším stresorom vojna a utrpenie, ktoré so sebou prináša. Invázia ruských vojsk na Ukrajinu je preto bezprecedentným stresorom nielen pre deti utekajúce z Ukrajiny, ale aj pre ich rodičov. Stresové situácie, ktoré vojna na Ukrajine prináša, veľmi negatívne ovplyvňujú celý epigenóm Ukrajincov. Okrem toho obavy, strach, stres a následné negatívne epigenetické reakcie vyvoláva vojna na Ukrajine nielen u samotných Ukrajincov, ale aj u obyvateľov celej Európy, Ameriky a drvivej väčšiny krajín sveta. Potvrdením je jednoznačné odsúdenie ruskej agresie voči Ukrajine na zasadnutí Valného zhromaždenia OSN začiatkom marca tohto roku.
Epigenetika a bunková špecializácia
Epigenetika sa zaoberá nielen „nastavovaním“ aktivity génov, ale pomáha objasňovať procesy súvisiace s reguláciou embryonálneho vývoja a diferenciácie buniek (čiže ich funkčnej špecializácie, napríklad na kožné, nervové a tak ďalej). Gény získané od otca a matky sa spoja v oplodnenom vajíčku – zygote. Znamená to, že vývoj budúceho jedinca sa naštartuje z jedinej bunky, ktorá sa postupne delí a diferencuje. K funkčnej špecializácii buniek – diferenciácii – dochádza vďaka epigenetickej regulácii pomocou markerov naviazaných na ich DNA. Bunky v rôznych tkanivách ľudského organizmu sú preto navzájom odlišné aj napriek tomu, že obsahujú identickú/rovnakú genetickú informáciu. Všeobecne platí, že epigenetické mechanizmy rozhodujú, kedy a kde sa bude v rámci ľudského genómu daný gén zapínať alebo sa bude jeho aktivita tlmiť/vypínať.
Génový imprinting a „vojna pohlaví“
Genóm každého jedinca pozostáva z génov, ktoré mu „darovali“ obidvaja rodičia. Čo sa stane, ak niektoré značky matka alebo otec na svojej DNA epigeneticky zámerne vypne? Umožňuje to špecifický epigenetický mechanizmus regulácie génovej expresie, nazývaný imprinting. Z plejády asi 20 000 funkčných génov, ktoré sa nachádzajú v ľudskom genóme v dvoch kópiách, asi 100 génov začne po imprintingu fungovať len v jednej kópii. Preto sa pri imprintingu môžu výhradne prejaviť len gény získané buď z matkinej, alebo z otcovej strany. V prvom prípade sú imprintované – potlačené – otcovské, v druhom prípade sú imprintované – potlačené – materské gény. Funkčné neimprintované gény sa potom podieľajú na embryonálnom vývoji a regulácii bunkového delenia. Hrajú dôležitú úlohu pri vývine jedinca.
Ilustračný obrázok. Zdroj: iStockphoto.com
Niektorí evoluční biológovia vysvetľujú príčinu vypínania otcovských alebo materských génov takzvanou vojnou pohlaví. Hypotéza týkajúca sa „vojny pohlaví“ vychádza zo skutočnosti, že v organizmoch, ktoré majú placentárny vývoj, matka enormne „investuje“ do zárodočného vývoja potomka. Musí ho počas embryonálneho vývoja náležite živiť a sama pri tom prežiť. Potrebuje preto nejakým spôsobom kontrolovať rast a vývoj potomka tak, aby nerástol príliš rýchlo.
Na druhej strane je v prípade cicavcov „záujem“ otca zameraný na to, aby bol jeho potomok čo najväčší. Má preto snahu, aby boli matkine gény spomaľujúce vývoj a rast potláčané. Je zrejmé, že sa skutočné „záujmy a stratégie“ oboch pohlaví na vývin potomka diametrálne rozchádzajú. V skutočnosti táto „vojna pohlaví“ pravdepodobne zabezpečuje cicavcom počas evolúcie epigenetické regulácie potrebné na ich optimálny vývin. Tento fenomén teda umožňuje kompenzáciu rôznych nepredvídateľných zmien v aktivite génov, ku ktorým dochádzalo počas evolúcie obidvoch pohlaví.
Epigenetika a niektoré civilizačné ochorenia
Hemofília, cystická fibróza, svalová dystrofia sú geneticky podmienené ochorenia. Vznikajú v dôsledku mutácií jedného génu, čiže „preklepov“ v texte genetickej informácie, za ktorú tento gén zodpovedá. Sú to takzvané monogénne podmienené dedičné choroby. Pri viacerých civilizačných ochoreniach (napr. depresii, ateroskleróze, obezite, vysokom krvnom tlaku, cukrovke druhého typu, rakovine, Parkinsonovej chorobe) platí, že epigenetické mechanizmy modifikujú expresiu génov a spolurozhodujú o tom, či choroba prepukne. Napríklad Parkinsonova choroba sa v súčasnosti považuje za multisystémové neurologické ochorenie postihujúce centrálny a periférny nervový systém. Je výsledkom kombinácie pôsobenia genetických, epigenetických a vonkajších faktorov/stresorov.
Epigenetika a depresia
Depresia patrí medzi chronické psychiatrické ochorenia. Postihuje až 20 percent svetovej populácie. Depresiu charakterizujú opakujúce sa obdobia smútku a skľúčenosti (depresívnej nálady), ktoré sprevádza strata chuti do jedla, poruchy spánku, znížená koncentrácia, bezmocnosť, zúfalstvo a úbytok životnej energie. Často sa u depresívnych osôb objavujú pocity viny a v extrémnych prípadoch aj samovražedné myšlienky. Napriek tomu, že je známych niekoľko genetických lokusov (génov) spájaných s depresiou (SIRT, LHPP, BDNF, SLC6A4), na jej postupnom prepuknutí sa podieľa viac faktorov. Z výskumov realizovaných na dvojčatách vyplýva, že genetické faktory prispievajú len tridsiatimi až štyridsiatimi percentami k riziku, že sa u jedinca objaví depresia.
Zvyšných 60 až 70 percent rizikových faktorov predstavujú environmentálne stimuly. Tie ovplyvňujú aktivitu génov prostredníctvom epigenetických mechanizmov. Medzi preukázané rizikové faktory vyvolávajúce depresiu odborníci zaraďujú environmentálne stresory. Najčastejšie sú to fyzické, emocionálne a sexuálne násilie, stresujúce životné udalosti (choroba, zranenie, smrť milovanej osoby), sociálna a etnická diskriminácia, invalidita a podobne.
Obrazne povedané, medzi génmi a prostredím fungujú epigenetické mechanizmy ako mosty, ktoré ich spájajú a umožňujú kľúčovým epigenetickým procesom naštartovať stimuláciu expresie (prejavu) tých génov, ktoré sú spoluzodpovedné za patogenézu a progresiu ochorenia. Epigenetické zmeny týkajúce sa expresie viacerých génov (napríklad NRC31 a SLCA4) spôsobujú stres, ktorý vedie k depresii. Epigenetické mechanizmy zabezpečujú dedičnú, ale reverzibilnú (vratnú) reguláciu génov, predovšetkým metyláciou a demetyláciou DNA, čiže pripájaním alebo odstraňovaním metylových značiek alebo acetylácou a deacetylácou histónových proteínov, ktoré sa viažu na DNA.
O svojom osude spolurozhoduje aj človek
DNA a jej úseky, ktoré zodpovedajú jednotlivým génom, zohrávajú nezastupiteľnú úlohu pri formovaní života človeka. Ale pokyn, aby ho naštartoval, pochádza z oblasti epigenetiky. Správnym usmernením epigenetických stimulov, napríklad aj zdravým životným štýlom, môžeme pozitívne ovplyvniť náš epigenóm. Epigenetické markery sú vratné na rozdiel od nevratných génových mutácií podmienených zmenami v genetickom zázname našej DNA. Odborníci preto hľadajú spôsoby, ako by mohli ovplyvniť „škodlivé” choroby podmieňujúce epigenetické zmeny. Vďaka vedeckému pokroku by sa mohli cielene umlčať nesprávne časti genetického záznamu, a tak predísť vypuknutiu choroby. Týka sa to hlavne niektorých foriem rakoviny, ktoré spúšťajú karcinogenézu vyradením aktivity špeciálnych génov – takzvaných antionkogénov.
Ak antionkogény normálne fungujú, umožňujú organizmu, aby nepodľahol rakovine. V prípade, že epigenetické značky zabránia fungovaniu takýchto génov, zvyšuje sa pravdepodobnosť ochorenia. Epigenetika nám pripomína, že nie sme len bezmocní nositelia zdedených génov, ale nám poskytuje nádej, že môžeme byť spolu projektantmi vlastného života. Žiaľ, nemáme moc zabrániť fungovaniu epigenetických mechanizmov zabezpečujúcich medzigeneračný prenos všetkých zdrvujúcich zážitkov Ukrajincov, ktoré musia znášať počas rusko-ukrajinského konfliktu. V našich silách však je, aby sme sa čo najefektívnejšie spolupodieľali na odstraňovaní stresora, v tomto prípade nezmyselnej vojny, ktorý ich stimuluje.
Zdroje: Dol.org; MEFANET; Epivýživa; Denník N; Biogen; Moderná biorezonancia; Medante; Vesmír
