Keď sa pozeráme na to, ako funguje naše zdravie a náš imunitný systém, mnohokrát vzniká debata o vplyve génov verzus vonkajšieho prostredia. Prelomová štúdia v časopise Nature Genetics zistila, že vzťah medzi dedičnými génmi a vonkajším prostredím nie je konkurenčný, ale ide skôr o komplexný prienik.
Epigenóm úzko súvisí s epigenetikou. Zdroj: iStock/jes2ufoto
Vytvorením rozsiahleho epigenomického atlasu ľudských imunitných buniek výskumníci presne zmapovali, ako infekcie, vystavenie chemikáliám či náš vlastný genóm zanechávajú zreteľné stopy na bunkových mechanizmoch, ktoré chránia naše telo.
Čo je to epigenóm?
Epigenóm úzko súvisí s epigenetikou. Epigenetika skúma, ako naše správanie (to, čo jeme, koľko spíme atď.) a prostredie spôsobujú zmeny, ktoré ovplyvňujú fungovanie našich génov. Epigenetické zmeny nemenia sekvenciu DNA. Namiesto toho menia spôsob, akým naše telo túto sekvenciu číta.
Epigenóm je kompletný súbor všetkých chemických markerov, teda epigenetických zmien, v celom našom genóme (kompletný genetický materiál organizmu). Zatiaľ čo genóm je rovnaký v každej bunke nášho tela, epigenóm ich robí jedinečnými.
Odlišuje napríklad kožné bunky od srdcových tým, že hovorí telu, ktoré časti DNA sekvencie má „zapnúť“ alebo „vypnúť“. Epigenóm a jeho chemické markery sú rôzne chemické zlúčeniny a proteíny, ktoré sa môžu pripojiť k DNA a riadiť zapínanie alebo vypínanie génov, čo priamo ovplyvňuje produkciu proteínov v konkrétnych bunkách.
Výskumníci sa v tejto štúdii zamerali najmä na dva hlavné spôsoby zapínania a vypínania génov, a to na metyláciu DNA a prístupnosť chromatínu.
- Metylácia DNA: chemické metylové skupiny (CH₃) sa kovalentne viažu na DNA a sú vo väčšine prípadov spájané so zapínaním konkrétnych génov.
- Prístupnosť chromatínu: ide o fyzické „otvorenie“ DNA. Ak je DNA príliš pevne stočená, epigenetický mechanizmus k nej nemá prístup. Ak je otvorená, gény je možné zapínať a vypínať.
Pri skúmaní viac ako 100-tisíc jednotlivých imunitných buniek získaných od 110 jedincov vedci zistili, že tieto epigenetické spínače sú priamo ovplyvňované našou zdedenou genetickou výbavou a vonkajším prostredím.
Pri skúmaní viac ako 100-tisíc jednotlivých imunitných buniek získaných od 110 jedincov vedci zistili, že tieto epigenetické spínače sú priamo ovplyvňované našou zdedenou genetickou výbavou a vonkajším prostredím. Zdroj: iStock/quantic69
Jedným z najpozoruhodnejších zistení štúdie je, že závažné zdravotné udalosti ako vírusová infekcia alebo vystavenie pesticídom zanechávajú na našich imunitných bunkách jedinečnú epigenetickú „jazvu“. Výskumníci sledovali jednotlivcov vystavených siedmim rôznym hrozbám vrátane HIV-1, chrípky, ochorenia COVID-19 a organofosfátových pesticídov. Zistili, že vytvorené zmeny boli pre každú hrozbu špecifické.
- Ochorenie COVID-19 zanechalo prozápalovú stopu na monocytoch, imunitných bunkách, ktoré ako prvé reagujú na liečbu, čím ich v podstate pripravilo na hyperreaktívny stav.
- HIV-1 spôsobil masívnu prestavbu celého imunitného prostredia, najmä v bunkách „prirodzených zabijakov“ (NK: natural killers) a pamäťových T-bunkách, a to aj po začatí liečby.
- Pesticídy (organofosfáty) spustili vysokovariabilné epigenetické posuny, čo naznačuje, že aj nízka hladina chemickej expozície môže narušiť krehkú rovnováhu imunitného systému.
Všetky tieto faktory z vonkajšieho prostredia zanechávajú zmeny v regulačných oblastiach našich génov. Na druhej strane, vlastnosti, ktoré zdedíme po rodičoch (naša genetika), sa zvyčajne prejavujú v „tele“ génu. To znamená, že vonkajšie prostredie ovplyvňuje reakcie našich génov, ktoré sú definované zdedenou genetickou výbavou.
Cieľom je personalizovaná medicína
Tento epigenomický atlas nie je len mapa, je to diagnostický nástroj. Pri pohľade na imunitný epigenóm pacienta by mohli vedci jedného dňa „čítať“ jeho anamnézu a predpovedať budúce riziká. Výskumníci zistili, že mnohé genetické varianty spojené s bežnými chorobami – napríklad s ekzémom alebo so žlčovými kameňmi – sa prekrývajú s týmito imunitnými prepínačmi.
Napríklad špecifický rizikový faktor ekzému koreluje s metylačným stavom génu EFEMP2. Tento epigenetický podpis bol identifikovaný v pamäťových CD4+ a naivných T-bunkách. To dokazuje, že genetické riziko ekzému nie je problém celého tela. Namiesto toho je patológia ochorenia spôsobená veľmi špecifickou poruchou v bunkovej línii CD4+ T-buniek.
Táto úroveň rozlíšenia umožňuje výskumníkom prekročiť rámec všeobecných asociácií a identifikovať presného bunkového vinníka zodpovedného za patológiu ochorenia. Táto práca poskytuje mapovaním miest, kde sa genetické riziká pretínajú s epigenetickou reguláciou, plán vývoja presných terapií zameraných na špecifické dysfunkčné bunkové populácie.
Najvýznamnejším poznatkom je objav epigenetického pôvodu. Štúdia zistila, že jedinci afrického genetického pôvodu často vykazovali silnejšie epigenetické reakcie na určité infekcie, ako napríklad na ochorenie COVID-19 a MRSA (meticilín, ktorý je rezistentný voči Staphylococcus aureus). To naznačuje, že niektoré zdravotné rozdiely, ktoré v spoločnosti pozorujeme, môžu mať korene v tom, ako rôzne genetické pozadia interagujú s environmentálnymi stresormi. Tento výskum ukazuje, že náš imunitný systém je živým záznamom – molekulárnym denníkom, ktorý zaznamenáva našich predkov, ako aj svet, ktorým kráčame každý deň.
Zdroje: Nature, Science Daily
(RR)
