Dziedziczenie epigenetyczne - na czym polega?

Do tej pory część genetyków uważała, że nie jest możliwe, aby skutki oddziaływania na daną osobę czynników środowiskowych – np. palenia tytoniu, złej diety, przeżytego w dzieciństwie stresu, głodu czy chorób – mogły być przekazywane potomstwu (tzw. dziedziczenie epigenetyczne).

Wiadomo było, że geny mogą być blokowane dzięki chemicznej modyfikacji DNA w procesie metylacji. Enzymy zależne od czynników środowiskowych „oznaczają” geny grupami metylowymi, które wstrzymują ich działanie. Uważano jednak, że metylacja jest usuwana w procesie powstawania plemników i komórek jajowych, a gdyby nawet pozostały jakieś jej ślady, zostałyby usunięte po zapłodnieniu.

Zespół Jamie Hackett z University of Cambridge wykazał, że może być inaczej. Naukowcy izolowali DNA z pierwotnych komórek płciowych myszy w różnych stadiach rozwoju, badając występowanie metylowanych genów. Jak się okazało, niewielka liczba genów zachowała metylację – było ich średnio 233 na 25 tys. badanych komórek. Choć to rzadki efekt, jest jednak możliwy. Może on wynikać z nieskutecznego usuwania metylacji. Istnienie tego rodzaju zjawiska sugerowały wcześniej badania statystyczne genetycznego wpływu czynników środowiskowych. Naukowcy planują teraz powtórzyć swoje badania na komórkach ludzkich.

Dziedziczenie epigenetyczne

Jednym z największych przełomów w historii nauki było poznanie zjawiska dziedziczności dokonane w ciągu kilku ostatnich dziesięcioleci. Przewidywanie zachowań organizmów żywych oraz modyfikacja ich działania jest możliwe dzięki zrozumieniu funkcji kwasów nukleinowych oraz procesów ich powielania. Przekazywanie określonej sekwencji DNA to jednak nie jedyny możliwy mechanizm dziedziczności.

Wśród alternatywnych nośników dziedziczonej informacji, takich jak pamięć i przekazywanie wyuczonych umiejętności przez rodziców potomstwu, wyróżnia się niezwykle ciekawy mechanizm umożliwiający dziedziczenie, nie polegający na przekazywaniu zmian w sekwencji DNA, a jednak odgrywający kluczową rolę regulacji ekspresji genów i wielu innych ważnych procesów. Mechanizm ten określany jest jako dziedziczenie epigenetyczne. Zjawisko dziedziczenia niezwiązanego ze zmianami w sekwencji DNA zostało zrozumiane bardzo niedawno i nadal jest obiektem intensywnych badań, a szereg jego aspektów pozostaje niewyjaśnionych lub poznanych jedynie fragmentarycznie.

Zobacz również:

Dziedziczenie epigenetyczne ma znaczenie w ewolucji

Trzy cechy wyróżniające dziedziczenie epigenetyczne:

1. Dziedziczenie epigenetyczne daje możliwość powrotu do stanu wyjściowego – z pokolenia na pokolenie dziedziczenie epigenetyczne odróżnia się od dziedziczenia zmian w sekwencji DNA. Dziedziczone stany chromatyny są mniej stabilne od sekwencji DNA. W przypadku mutacji, prawdopodobieństwo powrócenia do stanu wyjściowego jest niskie. W przypadku dziedzicznej zmiany epigenetycznej rewersja może zajść z prawdopodobieństwem większym (od około trzech procent dla niektórych genów roślinnych do kilkudziesięciu procent u ssaków). Duża częstość rewersji może mieć istotne znaczenie dla procesu ewolucji. Warunki środowiska często zmieniają się, ale potem wracają do poziomu wyjściowego. Dziedziczenie epigenetyczne znacząco modyfikuje przebieg ewolucji w warunkach zmieniającego się środowiska.

2. Dziedziczenie epigenetyczne może być regulowane – w normalnych warunkach preferowane jest utrzymywanie stałego, zoptymalizowanego fenotypu. Jednak, gdy warunki ulegają zmianie, pożądane jest zwiększenie zmienności fenotypowej, która staje się podstawą adaptacji do nowych warunków Wydaje się, że w warunkach stresowych może dochodzić do znacznego zwiększenia częstości zmian epigenetycznych, które mogą zwiększać zmienność fenotypową i przyśpieszać proces adaptacji. Zwiększenie zmienności może następować przez czasowe upośledzenie mechanizmów epigenetycznych. Może też być inicjowane przez inny mechanizm, a tylko utrzymywane epigenetycznie.

3. Dziedziczenie epigenetyczne może umożliwiać utrwalanie cech nabytych – w wielu sytuacjach mechanizmy epigenetyczne utrwalają stan ekspresji genów zainicjowany przez inne czynniki. Może zatem dochodzić do sytuacji, kiedy w odpowiedzi na stan środowiska ustanawiany jest pewien wzór ekspresji genów odpowiedzialny za określone przystosowania fizjologiczne lub rozwojowe. Ten wzór ekspresji genów może następnie zostać epigenetycznie utrwalony. Jeżeli utrwalenie to jest dziedziczone przez mejozy i dotyczy również komórek, z których powstaną gamety, oznacza ono utrwalenie cech nabytych.

Autor:

Albert Bąk