Zbog složenih, još uvijek nedovoljno istraženih načina na koje utječe
na organizam, epigenetika se često naziva “tamnom tvari biologije” ili
“tamnom tvari raka”. Naziv je nadahnut terminom tamna tvar kojim je u
fizici označena materija za koju se vjeruje da postoji u većim
količinama od vidljive tvari, ali o kojoj ne znamo gotovo ništa.
Što je epigenetika?
Geni igraju važnu ulogu u ljudskom zdravlju, no podjednako važni su i
proces starenja, ponašanje, odnosno životni stil i okolina u kojoj
živimo, primjerice način prehrane, fizička aktivnost i loše navike poput
pušenja.
Grčki prefiks epi- (ἐπι- “preko, izvan, oko”) u epigenetici
podrazumijeva značajke koje su “povrh” ili “dodatne” nasljednoj
genetskoj osnovi zapisanoj u molekuli DNA. Još do nedavno smatralo se da
je zapis na razini molekule DNA, odnosno njegove promjene uzrokovane
mutacijama alfa i omega za utvrđivanje sklonosti raznim bolestima,
osobito karcinomima. No, danas se sve više istražuje utjecaj
epigenetike, promjena koje ne ostavljaju trajni trag na molekuli DNA, na
zdravlje.
Epigenetika kao znanost istražuje načine na koje razni čimbenici mogu
uzrokovati promjene koje utječu na funkcioniranje gena. Za razliku od
genetskih promjena, epigenetske promjene su reverzibilne i ne mijenjaju
DNA, ali mogu promijeniti način na koji organizam čita DNA.
Primjerice, geni određuju koji će se proteini u kojim količinama
stvarati u organizmu. Promjene u genima mogu promijeniti proteine koji
će se stvarati. Primjerice, izlaganje UV zrakama sunca može uzrokovati
promjene u genima, odnosno u DNA, mutacije, koje u konačnici mogu
rezultirati stvaranjem raka.
No, u ovim procesima važna je i tzv. ekspresija gena, odnosno njihovo
uključivanje i isključivanje na koje mogu djelovati epigenetske
promjene. Drugim riječima, okruženje i ponašanje, poput prehrane i
tjelovježbe, mogu rezultirati epigenetskim promjenama, koje pak mogu
utjecati na način na koji će funkcionirati ljudski geni a da nije nužno
došlo do promjene u DNA.
Kako djeluje epigenetika?
Epigenetske promjene utječu na ekspresiju gena na različite načine.
Američki centri za kontrolu i prevenciju bolesti navode sljedeće
procese.
Metilacija DNA
Metilacija DNA podrazumijeva da se na izvornu DNA na određenim
mjestima vežu neke metilne, kemijske skupine. One tako fizički blokiraju
proteine koji bi se vezali na to mjesto u DNA kako bi čitali poruke
gena. Ove kemijske skupine mogu se ukloniti procesom koji se zove
demetilacija. Metilacija obično isključuje gene, a demetilacija ih
uključuje. Metilacija DNA neophodna je za normalan razvoj i povezana je s
brojnim ključnim procesima, uključujući ekspresiju gena (njihovo
uključivanje i isključivanje), inaktivaciju kromosoma X, potiskivanje
elemenata koji se mogu prenositi po DNA i duplirati te starenje i razvoj
tumora.
Modifikacija histona
DNA se u stanici obavija oko proteina koji se nazivaju histoni kako
bi zauzela što manje prostora. Kada su histoni čvrsto zbijeni, proteini
koji čitaju gene ne mogu lako pristupiti DNA, pa se gen koji bi trebao
biti očitan isključuje. Kada su histoni labavo pakirani, veći dio DNA
nije omotan oko histona. Zbog toga je izložen tako da mu proteini koji
čitaju gen mogu lakše pristupiti pa je gen uključen. Iz histona se mogu
dodati ili ukloniti kemijske skupine koje će odrediti hoće li se oni
gušće ili labavije upakiravati. Na taj način određeni se geni mogu
uključivati ili isključivati.
Nekodirajuća RNA
DNA u organizmu daje upute za stvaranje kodirajuće i nekodirajuće
RNA. Kodirajuća RNA ima funkciju u stvaranju proteina. Nekodirajuća RNA
pomaže u kontroli ekspresije gena tako što se veže za kodirajuću RNA,
zajedno s određenim proteinima, kako bi se razgradila kodirajuća RNA
tako da se ne može koristiti za stvaranje proteina. Nekodirajuća RNA
također može regrutirati proteine za modificiranje ranije spomenutih
histona kako bi oni uključili ili isključili gene.
Kako se epigenetika može mijenjati?
Epigenetičke modifikacije se mijenjaju s godinama, dijelom kao dio
normalnog razvoja, dijelom kao posljedica starenja, a dijelom pod
utjecajem okoline i ponašanja.
Epigenetika i razvoj
Epigenetske promjene počinju i prije rođenja. Sve stanice organizma
imaju iste gene, no izgledaju i djeluju drugačije. Tijekom rasta i
razvoja epigenetika pomaže odrediti koju će funkciju neka stanica imati,
primjerice, hoće li postati živčana stanica ili stanica mišića, iako
sve imaju istu DNA. Epigenetika omogućuje mišićnoj stanici da u DNA
uključi gene koji će joj omogućiti da stvara proteine važne za njen
posao te da isključi gene važne za rad živčane stanice.
Epigenetika i dob
Epigenetski profil pojedinca se mijenja tijekom života. On pri rođenju nije isti kao tijekom mladosti ili u starosti.
Primjerice, znanstvenici su izmjerili ranije spomenutu metilaciju
(koja utječe na isključivanje i uključivanje gena) na milijunima mjesta
na DNA novorođenčeta, 26-godišnjaka i 103-godišnjaka. Rezultati su
pokazali da metilacija značajno opada s godinama.
Epigenetika i reverzibilnost
Epigenetske promjene nisu trajne, već su reverzibilne, za razliku od
mutacija koje su trajne promjene u našoj DNA. Na njihove promjene
značajno utječe okoliš.
Primjerice, pušenje može rezultirati epigenetskim promjenama tako da
pušači imaju smanjenu metilaciju gena AHRR u odnosu na nepušače. No,
istraživanja su pokazala da se normalne razine metilacije mogu
povratiti, ponekad već za manje od godinu dana od prestanka pušenja.
Epigenetske promjene u tumorskim stanicama često nalikuju
reaktivaciji gena koji su utišani tijekom embrionalnog razvoja i više
nisu aktivni u našim tkivima u odrasloj dobi.
Nova dijagnostika i terapije
Iz svega navedenog jasno je da bi podrobnija istraživanja epigenetike
mogla rezultirati boljom dijagnostikom i novim terapijama, no ona su za
sada još uvijek u povojima.
U časopisu Nature nedavno su objavljena dva rada koja govore u prilog
ideji da bi za bolje razumijevanje razvoja, dijagnosticiranje i
liječenje karcinoma trebalo kombinirati genetiku i epigenetiku.
U prvom istraživanju
znanstvenici su analizirali više od 1300 uzoraka iz 30 karcinoma
crijeva. Rezultati su pokazali da su epigenetske promjene bile vrlo
česte u tumorskim stanicama te da su im pomogle da rastu brže od ostalih
stanica.
U drugom istraživanju
znanstvenici su analizirali mnoštvo uzoraka uzetih iz različitih
dijelova istog tumora. Utvrđeno je da čimbenici koji nisu mutacije DNA
često utječu na način na koji se razvijaju stanice raka.
Autori studija kažu da njihova otkrića ne mogu dokazati da
epigenetske promjene izravno dovode do promjena u razvoju raka te da su
potrebna daljnja istraživanja kako bi se pokazalo da se to događa.
“To neće sutra promijeniti kliničku skrb, ali…”
No, glavni autor drugog istraživanja, profesor Trevor Graham,
direktor Centra za evoluciju i rak na Institutu za istraživanje raka u
Londonu, ističe: “Otkrili smo dodatnu razinu kontrole nad ponašanjem
raka – nešto što uspoređujemo s ‘tamnom tvari’ raka.”
Pojasnio je da u nitima molekula DNA, dok se savijaju u svakoj
stanici, može doći do zapetljavanja te da to može promijeniti način na
koji se geni čitaju, istaknuvši da položaj zapetljanja može biti vrlo
važan u određivanju ponašanja raka.
“To neće već sutra promijeniti kliničku skrb, no moglo bi predstavljati put za razvoj novih terapija”, rekao je Graham za BBC.
Primjerice, genetsko testiranje na mutacije koje pokazuju sklonost
raku, kao što je testiranje mutacija u genu BRCA koje povećavaju rizik
od raka dojke, nudi tek dio odgovora na pitanje mogućnosti razvoja
karcinoma.
“Testiranjem genetskih i epigenetskih promjena mogli bismo,
potencijalno, mnogo točnije predvidjeti koji će terapijski pristup biti
najpogodniji za određenu osobu”, rekao je Graham.
Index