Mi az epigenetika?

A szüleinktől örökölt DNS-ünk információkat hordoz arról, hogy felnőttkorunkban valószínűleg hogyan fogunk kinézni – milyen magasak leszünk, milyen tehetségekkel és képességekkel rendelkezünk, vagy milyen betegségekben fogunk szenvedni. A „valószínűleg” szó azonban nem véletlenül szerepel itt. Az egyes gének megnyilvánulását ugyanis nagy mértékben mi magunk határozzuk meg. A kérdésre, hogy hogyan, egy fiatal tudományág, az epigenetika ad választ.  

Életünk legelején szüleink nemi sejtjei – a sperma és a petesejt – egyesültek. Ez a petesejt anyánk genetikai információjának felét (23 kromoszómát) tartalmazta, a sperma pedig apánk genetikai információjának felét. Összeolvadásukkal 46 kromoszóma jött létre, amelyek egy egyedülálló vegyületet hordoznak – a dezoxiribonukleinsavat, vagyis a DNS-t, amely tartalmazza mindazokat az információkat, amelyek alapján testünk fejlődött, és amelyek alapján továbbra is minden biokémiai reakció zajlik szervezetünkben.

Ahogy az eredeti megtermékenyített petesejt az anya testében tovább osztódott, fokozatosan több száz, több ezer, majd több millió új sejt keletkezett, amelyek mindegyike ugyanazt a DNS-t hordozta a magjában. És ma is minden sejtünkben ugyanaz a molekula található.

Hogyan olvasható a DNS

A DNS-molekula olyan szakaszokat tartalmaz, amelyeket géneknek nevezünk. Ezek alapján keletkeznek a fehérjék, ami tulajdonképpen a gén megnyilvánulásának lényege. Először a gén alapján ribonukleinsav, vagyis RNS molekula keletkezik (ez a folyamat szaknyelven transzkripciónak nevezik), majd ennek alapján az egyes aminosavakból a megfelelő fehérje keletkezik (ez az úgynevezett transzláció).

Természetesen nem minden gén fejeződik ki végül. Bizonyos gének a DNS-ünkben be vannak kapcsolva, és azok alapján fehérjeszintézis zajlik, míg mások ki vannak kapcsolva, és a testünk nem tudja „elolvasni” őket.

Számos tényező befolyásolhatja a gének be- és kikapcsolását, de ezeknek egy közös vonásuk van: külső, a génekre nem ható tényezők. Ezek közé tartozik elsősorban a táplálkozás, az életmód, a levegőben és az élelmiszerekben található toxinok hatása, de valószínűleg az érzelmi hatások is. A tudomány, amely ezekkel foglalkozik, az epigenetika.

Érdekes, hogy egyrészt számos epigenetikai változás visszafordítható, másrészt viszont ezek a változások öröklődhetnek is (5, 15).

A fogantatástól az öregkorig

Az első epigenetikai mechanizmusok már röviddel a fogantatás után megkezdődnek. Mint már említettük, testünk összes sejtje ugyanazzal a DNS-sel rendelkezik, de ennek ellenére egyáltalán nem azonosak – például az izom-, ideg- és csontsejtek alapvetően különböznek egymástól.

Ez azért van, mert a DNS-re már az első napoktól kezdve kémiai reakciók hatnak, különösen a hisztonok acetilációja és a gének metilációja (ezeket a szövegben később részletesebben ismertetjük). Ezek egyes géneket kikapcsolnak és bekapcsolnak, lehetővé téve ezzel a sejtek úgynevezett differenciálódását. (1,2, 13) Ennek eredményeként minden sejt kialakulásakor csak körülbelül 1,5 %-a olvasható le a DNS-ében található géneknek.

Azonban nem minden, a gének kikapcsolását és bekapcsolását eredményező folyamat kívánatos a méhen belüli fejlődés során. Sok külső hatás éppen ellenkezőleg, negatív epigenetikai folyamatokat indíthat el ebben az időszakban. Például bizonyított, hogy az anya rossz táplálkozása a terhesség alatt jelentősen növeli a gyermekek hajlamát az elhízásra, a cukorbetegségre és a szív- és érrendszeri betegségekre (4, 14).

A külső környezet jelentős hatása a korai gyermekkorban is folytatódik, amikor az agy és az egész test viharos fejlődésen megy keresztül. Érdekes, hogy a gének „olvasását” epigenetikai mechanizmusok révén nemcsak kémiai és fizikai hatások (táplálkozás, környezet), hanem érzelmi hatások is befolyásolhatják. A traumák és az erős negatív élmények újszülött- és csecsemőkorban például jelentősen növelhetik az egyes súlyos civilizációs betegségek kialakulásának kockázatát (16). Az epigenetikai okok valószínűleg egyes étel- és egyéb allergiák kialakulásában is szerepet játszanak (17).

Egy másik kritikus időszak, amikor a szervezet nagyon érzékeny a negatív epigenetikai változásokra, a pubertás. Itt is jelentős hatással van a táplálkozás – például egy, a 19. századi svédországi Norrbotten régióban végzett, az ismételt éhínségek hatását vizsgáló tanulmány kimutatta, hogy ha valaki tinédzserként kritikus élelmiszerhiánynak volt kitéve, akkor még unokáinak is megnőtt a korai halálozás kockázata (5).

A fontos gének átírását azonban felnőttkorban is lehet befolyásolni, bár ez nem olyan jelentős, mint gyermekkorban. Mint már említettük, az epigenetikai folyamatok nagy része visszafordítható. Bár a strukturális géneket már nem tudjuk befolyásolni (például a testmagasságot már nem tudjuk megváltoztatni), de befolyásolhatjuk például azokat a géneket, amelyek meghatározzák a különböző betegségekre való hajlamunkat. Célzott táplálkozással és egyéb intézkedésekkel például bekapcsolhatjuk a tumor szupresszor géneket, amelyek feladata a daganatok növekedésének gátlása a szervezetben (18).

Epigenetikus mechanizmusok

Most röviden bemutatjuk a legfontosabb mechanizmusokat, amelyekkel egyes géneket be- és kikapcsolhatunk, és így befolyásolhatjuk például bizonyos betegségekre való hajlamunkat, fizikai és mentális állapotunkat vagy az öregedési folyamatok sebességét.

Gének metilációja

A metiláció egy kémiai reakció, amely egy metilcsoport (-CH3) kötődésében áll. Ez a csoport a citozinhoz kötődik, amely a négy úgynevezett bázis egyike, amelyek sorrendje a DNS-ben kódolja a genetikai információt. A metiláció a többi epigenetikai folyamathoz képest a legkönnyebben vizsgálható, ezért is a legjobban leírt. Hatása bizonyos típusú rákok kialakulására az emberben például már 1983-ban leírásra került (3). Ha egy gén metilálódik, általában kikapcsolódik (6). A metilcsoportot úgy lehet elképzelni, mint egy matricát, amely a bázisra tapad és megakadályozza annak leolvasását. Ha több ilyen matrica van, azok szinte az egész gént lefedik, és az láthatatlanná válik az enzimek számára, amelyek részt vesznek annak átírásában.

Hisztonok módosítása

A korábbi mechanizmustól eltérően, amely közvetlenül a DNS egyes szakaszait érintette, a hisztonok módosítása nem érinti közvetlenül a géneket. A kémiai reakciók ebben az esetben az úgynevezett hisztonokat érintik, amelyek mindig nyolc fehérjemolekulából állnak, amelyek együttesen egy tekercset formálnak, amelyre a DNS szálat tekerik, mint egy fonalat. A hisztonokat befolyásoló reakciók azonban egyidejűleg be- és kikapcsolhatják a géneket a megfelelő DNS-szakaszokban.

A hisztonokat számos kémiai reakció érinti, amelyek közül a legjobban kutatott és valószínűleg a leggyakoribb az acetilezés, azaz az ecetsav-maradék hozzáadása. Az acetiláció bekapcsolja a megfelelő géneket, míg a deacetiláció kikapcsolja őket (7-9). Az acetiláció ugyanis lehetővé teszi, hogy a DNS „szál” felszabaduljon a „tekercsről”, és az egyes gének átírását lehetővé tevő enzimek hozzáférjenek.

mikroRNS

A mikroRNS, röviden miRNA, rövid ribonukleinsav-láncok, amelyek nem hordoznak genetikai információt, de szabályozzák a transzlációt, azaz a DNS-ről az RNS-re történő átírást. Ily módon kikapcsolják vagy bekapcsolják az emberi DNS-ben található gének körülbelül 60%-át. Az emberi testben már több mint kétezer különböző miRNA molekulát fedeztek fel, és mindegyikük 100-200 különböző RNA átírását gátolja (10-12).

Mint már említettük, a gének átírását befolyásoló epigenetikai reakciók visszafordíthatók, legtöbb esetben ugyanazokkal a módszerekkel, amelyekkel keletkeztek – azaz elsősorban az életmód megváltoztatásával. Nagy szerepet játszik itt a táplálkozás, amelynek megfelelőnek (káros mind a jelentős energiahiány, mind a túlzott energiafogyasztás), kiegyensúlyozottnak és összességében egészségesnek kell lennie. Nagy segítséget nyújthatnak a jelentős epigenetikus hatással rendelkező természetes anyagok (a zöld tea EGCG-je, a kurkuma kurkumina és sok más), amelyeket mind a rendszeres étrend részeként, mind célzottan étrend-kiegészítők formájában fogyaszthatunk.