Epigenetyka. Czy traumy można dziedziczyć?

Epigenetyka – co to za dziedzina? 

Każdy człowiek dziedziczy połowę genów od matki i połowę od ojca. Informacje niesione przez geny decydują nie tylko o kolorze oczu czy kształcie nosa, ale także o naszych zdolnościach lub predyspozycjach, np. do chorób. Skoro, jak mówi genetyka, każda komórka w organizmie ma taki sam zestaw genów, jak to możliwe, że jedna formuje tkankę mózgową, a druga tworzy płuca czy pęcherz moczowy? Odpowiedzią jest właśnie epigenetyka. 

Epigenetyka to nauka zajmująca się zmienną ekspresją genów, czyli tego jak są one „odczytywane”. Mówi o tym, że informacje zawarte w genach mogą być różnie wykorzystywane, co składa się na dziedziczenie niezwiązane bezpośrednio z genami. Epigenetyka łączy w ten sposób wiedzę na temat materiału genetycznego z wiedzą o wpływie środowiska na nasze zdrowie.  

Ekspresja genu to proces, podczas którego informacja zakodowana w DNA jest odczytywana i zamieniana w białko lub RNA. Decyduje o tym, czy dany produkt powstanie i jeśli tak, to w jakiej ilości. Cały proces jest ściśle regulowany, różni się w zależności od rodzaju komórki i podlega zmianom w trakcie życia pod wpływem różnych czynników, m.in. stresu i diety.  

Idea, że środowisko może wpływać na nasz materiał genetyczny powodując różne choroby, w tym nowotwory, wydaje się już powszechną wiedzą. Natomiast teoria, że środowisko, w którym żyli nasi przodkowie ma wpływać na nasze zdrowie jest wciąż nowością w świecie nauki. Epigenetyka to nowy rozdział medycyny, który może przynieść rewolucję w zrozumieniu i leczeniu wielu chorób.    

Mechanizmy dziedziczenia traumy i problemów zdrowotnych  

W chorobach epigenetycznych dochodzi do zmian w obrębie chromatyny, która jest przestrzenną strukturą zbudowaną z DNA, histonów i innych białek.  

Czynniki, które kontrolują geny to:  

• metylacje DNA (decydują o tym, czy dany gen jest aktywny lub wyciszony); 
• modyfikacje białek histonowych (odpowiadają za niektóre nowotwory i choroby neurodegeneracyjne); 
• małe fragmenty niekodującego RNA (przyłączając się do fragmentów DNA, mogą blokować jego prawidłowe odczytywanie, powodując wyciszenie danego genu). 

Badania dowodzą, że nie tyle sama informacja zawarta w genach, co sposób, w jaki jest ona odczytywana, wpływa istotnie na nasze zachowanie, zdrowie, a nawet światopogląd.  

Badacze wykazali np., że na metylację DNA wpływa środowisko, w jakim płód rozwija się podczas ciąży (w tym dieta matki, działanie hormonów), sposób odżywiania (niedobory witamin z grupy B), stres, uzależnienia, czy niektóre leki.

Dziedziczenie traumy – co na to nauka?  

Choć główny wzór metylacji DNA, czyli epigenom, jest kształtowany jeszcze przed narodzinami, zmiany epigenetyczne zachodzą także w trakcie życia. Pokazuje to badanie, w którym udowodniono związek między zaniedbaniem przez rodziców podczas wczesnego dzieciństwa z gorszym radzeniem sobie ze stresem w przyszłości. Odpowiedzialne są za to trwałe zmiany w strukturze mózgu o nazwie hipokamp. 

Fenomen epigenetyki dobrze obrazuje także możliwość zachowania w pamięci pewnych faktów z dzieciństwa, kiedy to układ nerwowy jest jeszcze bardzo niedojrzały. Naukowcy przypuszczają, że zapisanie jakiegoś wydarzenia w pamięci długotrwałej zależy w dużej mierze od procesów epigenetycznych, które regulują skomplikowaną kaskadę reakcji biochemicznych.  

Jak się okazuje, epigenetyka ma wpływ nie tylko na utrwalenie pamięci, ale również na związaną z nią plastyczność mózgu. Neuroplastyczność to umiejętność komórek nerwowych do komunikowania się w zróżnicowany sposób i dostosowywania do warunków środowiska. Ta cecha w dużym stopniu warunkuje proces uczenia się i zapamiętywania, jest więc nierzadko wykorzystywana podczas różnych form terapii. Epigenetyka daje nam szanse na odzyskanie potencjału i powrót uszkodzonych funkcji mózgu.   

Kolejnym przykładem tłumaczącym zasadność i prawdziwość założeń epigenetyki jest badanie, w którym myszy poddawano bodźcowi zapachowemu i jednocześnie lekkim elektrowstrząsom. Gryzonie zaczęły kojarzyć ten zapach z czymś negatywnym. Co ciekawe, ich potomstwo, zarówno w pierwszym, jak i kolejnym pokoleniu reagowało strachem na tę konkretną woń. Odkryto, że gen kodujący receptor węchowy uległ hipometylacji, czyli modyfikacji epigenetycznej. Nastąpiły zmiany neuroanatomiczne w mózgu mysiego potomstwa. To badanie może tłumaczyć, dlaczego niektórzy reagują lękiem na sytuacje, w których nie doświadczyli niczego negatywnego, podczas gdy ich przodkowie już tak. 

Zanim jednak jakiekolwiek zaburzenia natury psychicznej przypisze się dziedziczeniu epigenetycznemu, trzeba wykonać dogłębną diagnostykę psychologiczną lub psychiatryczną oraz ogólnomedyczną.  

Chociaż nauka potwierdza możliwość „otrzymania” od przodków różnych zaburzeń czy skłonności, to wciąż pozostaje bardzo rzadkim uzasadnieniem naszych własnych przypadłości.  

Epigenetyka a planowanie potomstwa i okres ciąży  

Mogłoby się wydawać, że wpływ na rozwijające się dziecko w organizmie matki mogą mieć wyłącznie bezpośrednie czynniki. Okazuje się jednak, że zmiany epigenetyczne, które zachodzą w komórkach jajowych i plemnikach przyszłych rodziców mogą mieć niebagatelne konsekwencje zdrowotne dla dziecka. Co warto podkreślić, dotyczy to czasu jeszcze sprzed zapłodnienia. 

Badania naukowe pokazują, że stosowanie diety niskobiałkowej przez ojca w ciągu około trzech miesięcy przed zapłodnieniem (tyle trwa żywotność plemników) może wpływać niekorzystnie na układ odpornościowy i zaopatrzenie w substancje odżywcze dziecka. Z kolei dieta bogata w tłuszcze prowadzi do rozwinięcia zaburzeń metabolicznych, w tym otyłości u potomstwa. Ponadto wykazano, że palenie papierosów przez ojca może przekładać się na wykształcenie problemów natury psychologicznej przez kolejne pokolenia, w tym zaburzenia zachowania i uwagi oraz na trudności w nauce. Powyższe wnioski uzyskano na modelu mysim, jednak uważa się, że u ludzi mogą zachodzić podobne zmiany. 

W innym badaniu poświęconym epigenetyce dowiedziono, że wnuki kobiet, które były niedożywione w czasie ciąży, rodziły się z nadmiarem tkanki tłuszczowej. Badacze uważają, że jest to wynik przystosowania się do trudnych warunków.  

Ważnym tematem w kontekście epigenetyki jest także narażenie kobiety ciężarnej na szkodliwe związki chemiczne obecne w środowisku.

Do takich niebezpiecznych substancji należą:  

• ftalany (stosowane przy produkcji tworzyw sztucznych),  
• bisfenol A (składnik tworzyw sztucznych),  
• dioksyny (powstające przy spalaniu śmieci),  
• pestycydy (środki ochrony roślin).

Ich niekorzystny wpływ na układ hormonalny może skutkować zmianami epigenetycznymi, a w konsekwencji prowadzić do: 

• wystąpienia wad rozwojowych u nowonarodzonych chłopców, a w przyszłości problemów z płodnością; 
• większego ryzyka nowotworów u potomstwa (jądra, prostaty, gruczołu piersiowego).  

Spożywanie alkoholu w ciąży także ma ścisły związek z epigenetyką. Skutkuje negatywnymi konsekwencjami zdrowotnymi dla płodu.  

Epigenetyka a ryzyko nowotworu 

Wiadomo obecnie, że zmiany epigenetyczne mogą prowadzić do nowotworów. Szczególnie istotna jest tutaj metylacja, czyli proces wyciszania genu. Komórki nowotworowe charakteryzują się nieprawidłową metylacją z powodu niesprawnych mechanizmów kontrolujących. Powyższy fakt można wykorzystać w diagnostyce, gdyż zmiany we wzorze metylacji możliwe są do wykrycia znacznie wcześniej niż pierwsze nieprawidłowości w zajętych nowotworem tkankach.  

Zwiększenie stopnia metylacji, nazywane hipermetylacją, oznacza całkowitą utratę funkcji genu. Taki proces odgrywa dużą rolę w nowotworze jelita grubego. Z kolei zmniejszenie metylacji wiąże się ze zmniejszeniem liczby polipów w jelicie, a to ma bezpośredni związek z mniejszym ryzykiem rozwoju raka.  

Także w innych nowotworach dowiedziono już rolę epigenetyki. Co więcej, zastosowanie tej wiedzy może pomóc chirurgom w ocenie, czy wycięty materiał tkankowy podczas operacji guza jest wystarczający. Obecne w nim zaburzenia epigenetyczne świadczą o potrzebie poszerzenia zakresu operacji, aby zwiększyć szansę na wyleczenie. Taka wiedza daje ponadto nadzieję na odkrycie skutecznego leku na raka. 

Przez ile pokoleń dziedziczy się traumy i zmiany epigenetyczne? 

Nie ma jednoznacznej odpowiedzi na pytanie, przez ile pokoleń mogą utrzymywać się konkretne zmiany epigenetyczne. W licznych badaniach wykazano, że traumę dziedziczy się co najmniej do trzeciego pokolenia. W jednym z nich ciężarnym szczurzycom podano substancję, która niszczy męskie narządy rozrodcze. Potomstwo okazało się być płodne, ale w dużo mniejszym stopniu niż zwierzęta, które nie zostały poddane działaniu tej substancji. Upośledzona płodność dotyczyła nawet trzeciego pokolenia. Choć sekwencja genów nie uległa zmianie, metylacja DNA okazała się mieć poważne następstwa. 

W innych badaniach wykazano, że dziedziczenie epigenetyczne może sięgać ośmiu lub więcej pokoleń. Ze względu na fakt, że badania na człowieku rozpoczęto dopiero po II wojnie światowej, obejmują one niewiele linii dziedziczenia. Epigenetyka, jako względnie nowa gałąź genetyki, jest obecnie intensywnie badana i kwestionowana.  

Czy można wpłynąć na własne geny?  

Zmiany epigenetyczne są teoretycznie odwracalne. Stanowi to punkt wyjścia do leczenia chorób czy przypadłości związanych z epigenetyką. Stosowanie leków zmieniających ekspresję genów nazywamy farmakoepigenetyką. 

Przykładem leków, które zmieniają wadliwą ekspresję genów i są już obecnie stosowane w praktyce są inhibitory deacetylazy histonów (HDAC). Wykazują one ochronne działanie na tkankę mózgową. Stosowane są w terapii nowotworów hematologicznych.  

HDAC stanowią obiecującą ścieżkę terapii w:  

• niektórych chorobach psychiatrycznych i neurologicznych (np. w chorobie Parkinsona, Alzheimera czy Huntingtona), 
• chorobach kości,  
• cukrzycy,  
• niedokrwistości sierpowatokrwinkowej,  
• zakażeniu wirusem HIV.  

Mogą również poprawiać zdolność mózgu do tworzenia nowych połączeń i procesu uczenia się, co ma ogromne znaczenie dla zdrowienia z traum i zaburzeń lękowych.  

Kolejną formą terapii epigenetycznej są związki hipometylujące (azacytydyna i decytabina) wykorzystywane w leczeniu chorych na ostrą białaczkę szpikową (AML). Obniżają one poziom metylacji DNA i w konsekwencji przywracają działanie genów chroniących przed powstawaniem nowotworów. Wprowadzenie ich do terapii pozwoliło na wydłużenie okresu przeżycia u niektórych pacjentów. 

Jeden z leków antydepresyjnych, imipramina, działa poprzez zwiększenie acetylacji oraz przeciwdziała nadmiernemu wyciszaniu histonów w konkretnych miejscach materiału genetycznego. To pokazuje, że wpływanie na ekspresję genów może być ważną ścieżką leczniczą w depresji. 

Farmakoepigenetyka jest obiecującym narzędziem w walce z różnymi schorzeniami. Na świecie przeprowadzanych jest obecnie wiele badań mających na celu potwierdzenie jej skuteczności i bezpieczeństwa. Być może już w niedalekiej przyszłości leki modyfikujące sposób odczytywania genów zostaną wprowadzone do praktyki klinicznej na szeroką skalę.   

Przeczytaj również:
Hipokamp. Co może go uszkodzić?