Skrbno navita navodila za uporabo telesa

Če bi molekulo DNK iz celice človeškega telesa raztegnili v dolgo dvojno vijačnico, bi merila dva metra. To je 400.000-krat več od velikosti celičnega jedra, v katerem je molekula. Povsem umestno je zato vprašanje, kako je sploh mogoče, da se tako dolga molekula v celičnem jedru ne zaplete ali zavozla. In kako lahko posamezna celica sploh ve, na katerih delih obširnega zapisa v dvojni vijačnici so shranjena navodila, kako ustvariti molekulo, ki jo prav takrat potrebuje za svoje delovanje?

Odgovor na to vprašanje najdemo v podatku, da je molekula DNK, v kateri je shranjen naš dedni zapis, navita na veliko majcenih »kolutov«, ki jim pravimo histoni. Te »nastavke za navijanje« lahko primerjamo s koluti za vrtno cev za zalivanje ali električni kabel. V vsaki celici telesa je kar 30 milijonov takšnih kolutkov.



Navijanje dvojne vijačnice na histone celici omogoča, da je zelo dolga molekula priročno shranjena v majhnem jedru, vendar lahko takšno sistematično pakiranje dolge dvojne vijačnice povzroči tudi težave. Ko je molekula DNK tesno zvita, namreč ni aktivna. Na njej zapisane dedne informacije celici niso dostopne. Geni, ki so shranjeni v molekuli DNK, se lahko izražajo oziroma iz njih lahko nastajajo proteini le, če so dostopni za mehanizme, ki zapis iz molekule DNK prepisujejo v zapis molekule RNK. Tesno zvita molekula pa za prepisovanje ni dostopna.

Molekule za lažje branje

Mehanizme, kako celica z dodatnimi molekulami, ki se lepijo na dvojno vijačnico, uravnava dostopnost in izražanje posameznih genov, proučuje epigenetika. Na DNK se namreč lahko nalepijo posebne molekule, ki uravnavajo njeno branje. Lahko jih razumemo kot oznake, naj se neki trenutno zaviti del DNK razvije in postane aktiven, ali pa naj se, nasprotno, trenutno aktivni del močneje zavije in tako postane manj aktiven ali povsem neaktiven.

Prav zaradi epigenetskih označevalcev, ki se vežejo na DNK, so celice v različnih tkivih v telesu med seboj različne, čeprav imajo vse v svojem jedru povsem enak dedni zapis, shranjen v dvojni vijačnici. Nevron je na videz in po funkcijah, ki jih opravlja, povsem drugačen, kot je denimo celica mišice. Čeprav imata oba v svojem jedru enak zapis DNK, se zelo poenostavljeno rečeno razlikujeta v tem, kateri deli tega zapisa so zviti in kateri raztegnjeni, tako da jih celica lahko bere.

Poleg tesnejšega oziroma bolj ohlapnega zavijanja molekule DNK na histone lahko epigenetsko izražanje posameznih genov celica uravnava tudi z lepljenjem posebnih molekul na gene, kar onemogoči njihovo branje. Metilacija, kot se imenuje mehanizem, je metoda, s katero celica posamezni gen povsem utiša, kot da ga sploh ne bi bilo, čeprav je še zmeraj del zapisa v njeni molekuli DNK. V nevronu so denimo geni za proizvodnjo hemoglobina metilirani, zato se ne izražajo, nasprotno pa se v celicah, ki proizvajajo rdeče krvničke, ti geni ne metilirajo in ostanejo aktivni.

Metilacija je dokaj stabilna in je ni lahko odstraniti, ko se enkrat vzpostavi. To je dobro, če morajo celice določene gene ugasniti za daljše obdobje, a velikokrat se morajo celice tudi hitro odzvati na spremembe v okolju. V tem primeru je boljša oblika uravnave izražanja genov prek histonov oziroma kolutov, na katere se navija DNK. Prek histonov lahko celica tudi samo delno zmanjša izražanje določenega gena. Spremembe na histonih si lahko predstavljamo kot nekakšen vrtljiv gumb, s katerim celica uravnava jakost izražanja posameznega gena, medtem ko je metilacija bolj podobna stikalu za vklop ali izklop določenega gena.

Epigenom ni nespremenljiv

Pri epigenetiki je pomembno tudi spoznanje, da se lahko takšni pridobljeni označevalci na genih v posebnih primerih dedujejo oziroma prenašajo na potomce. Če se epigenetski zapisi na molekuli DNK tvorijo v spolnih celicah, lahko vplivajo na več kasnejših generacij potomcev. Ena od raziskav je pokazala, da so imeli dečki, ki so že v mladosti kadili in se nezdravo prehranjevali, otroke in vnuke, ki so imeli v povprečju krajše življenje kot potomci dečkov iste populacije, ki so imeli bolj zdravo otroštvo. Prav tako lahko na potomstvo vpliva huda lakota in pomanjkanje ravno v času mladosti, ko se tvorijo spolne celice. Za nekatere živali so pokazali, da se tovrstni vplivi dedujejo tudi do deset generacij v prihodnost.

Zelo pomembno je zato zavedanje, da lahko vsakdo vpliva na lasten epigenom. Epigenetski označevalci niso tako nespremenljivi, kot so mutacije v genskem zapisu DNK. Telo ima denimo posebne gene, ki skrbijo za preprečevanje razvoja tumorjev. Če epigenetski označevalci onemogočijo izražanje takšnega gena, to bistveno poveča možnosti za pojav raka. Zato raziskovalci že preizkušajo različna zdravila, s katerimi bi lahko te gene ponovno aktivirali, če so se morda izklopili.

S poskusi na podganah so znanstveniki pokazali tudi, da ljubeča skrb matere v prvih tednih po rojstvu neposredno vpliva na to, kako se bodo kasneje v življenju izražali geni, ki so pomembni za premagovanje stresa. Če podgana prvi teden po rojstvu potomce veliko oblizuje, se bodo epigenetski označevalci gena, ki posredno vpliva na premagovanje stresa v odrasli dobi, odstranili in gen bo postal aktiven. V rani mladosti skrbno negovane živali se znajo v življenju bistveno bolje spopadati s stresom. Če pa žival ne skrbi za svoje potomstvo, se epigenetski označevalci, ki preprečujejo izražanje tega gena, ne bodo odstranili in potomci bodo slabo prenašali stres.
–––––
Sašo Dolenc je urednik Kvarkadabre, spletnega časopisa za popularizacijo znanosti.