По чему се разликују једнојајчани близанци?
Осим оног очигледног, попут имена и тога ко се први родио, код близанаца често можемо пронаћи особине, попут белега или младежа, по којима их можемо распознати.
Међутим, ако пођемо од претпоставке да се особине наслеђују путем гена, а знамо да једнојајчани близанци имају идентичан генетички материјал у својим ћелијама, можемо закључити да не би требало да код једног постоји оно што други нема. Како је онда овако нешто могуће?
Како бисмо успели да одговоримо на ову загонетку, морамо да се упустимо у последњи део приче о наслеђивању. Прекјуче смо се бавили менделском, а јуче неменделском генетиком – време је да откријемо шта се то налази изнад гена.
Епигенетика (грч. epi – изнад) је област која се бави изучавањем промена у фенотипу (изгледу организма) које нису последица измена у генотипу (секвенцама гена). Другим речима, епигенетика се пита како долази до промена особина неког организма онда када не долази до мутација, односно када се генетички материјал не мења.
Шта је оно што знамо о овим променама?
Свако од нас настао је од једне оплођене јајне ћелије (зигота). У најранијим данима развића, ова ћелија се поделила, дајући две идентичне ћерке ћелије. Од две ћелије су настале четири, од четири осам, и тако даље. Процесом деобе зигота настала је маса ћелија од које је временом, даљом деобом и диференцијацијом (специјализацијом ћелија у циљу вршења одређене функције), настала нова јединка.
О процесу ћелијске деобе нема потребе да причамо сада, али хајде да се осврнемо на диференцијацију – ако су све ћелије током ранијих периода развића идентичне, одакле нама крвне ћелије и ћелије покожице и мишићне ћелије?
Како ћелија зна у шта да се претвори?
Уколико изузмемо мутације које се неминовно дешавају, све наше ћелије имају исти генетички материјал. Разлике између гена у нервним и ћелијама коштаног ткива су толико мале да их је могуће занемарити, па опет ове ћелије изгледају потпуно другачије.
То је зато што су различити делови њиховог генома експримирани (активни), или, прецизније речено, зато што су сви гени сем оних који су потребни датој ћелији утишани.
Вратимо се за час на ране стадијуме развића – ћелије које су део вас пре него што настану ваши органи су матичне, односно стем ћелије. Конкретно, стем ћелије које се налазе у ембриону се називају тотипотентнејер од њих могу настати сви типови ћелија. Међутим, овде је битно нагласити да специјализација ћелијских функција не значи потпуно избацивање непотребних гена из ћелије.
У зависности од тога какве хемијске сигнале ћелија добија из спољашње средине, она ће утишавати гене који јој нису потребни и експримирати само оне који су јој неопходни за обављање функција карактеристичних за одређени тип ћелије.
Е сад, како се дешава утишавање гена?
Постоје различити хемијски маркери који се ензимима могу везивати за ДНК и на тај начин утицати на експресију гена. Поред тога, постоје и маркери за хистоне, протеине око којих је умотана ДНК у нашим ћелијама. Бољу слику о томе како тачно функционише овај процес можемо стећи посматрањем процеса метилације.
Метилација је процес који подразумева везивање метил-групе (једног од епигенетичких маркера) за генетички материјал. Постоје специјални ензими којима је улога да пронађу место на ДНК где је потребно везати метил-групу и то везивање изврше.
Присуство метил-група на неком гену онемогућава протеинима задуженим за његово преписивање да му приђу. С обзиром на то да гени који се не преписују нису активни, можемо закључити да метилација утиче на смањење активности гена, односно њихово утишавање.
Наравно, метил-групе нису једини тип маркера – на пример, маркери који се везују за хистоне су такође разноврсни и могу утицати и на повећање и на смањење експресије гена.
Метилација и други регулаторни процеси умногоме зависе од утицаја сигнала из спољашње средине, што значи да се експресија гена мења у великој мери током целог живота.
Какве везе све ово има са близанцима?
Иако гени код близанаца изгледају готово идентично, њихова експресија се може у потпуности разликовати, чак и уколико живе заједно. Две јединке никада не могу живети у потпуно истим условима, па самим тим ни њихови епигенетички обрасци не могу бити исти. Претпоставља се да су разлике у изгледу једнојајчаних близанаца управо резултат разлика у метилацији и другим видовима регулације експресије гена.
Овакви подаци нам дају увид у једну од кључних идеја епигенетике: ако наше окружење може да утиче на експресију наших гена, то значи да начин живота који водимо такође утиче на стање у којем се наш организам налази. Иако је ово можда интуитивно, добро је знати да постоје докази за овакве тврдње, те да епигенетика објашњава и зашто су стрес и пушење чести фактори ризика за велики број различитих болести.
Ови фактори спољашње средине имају велики утицај на начин на који наше ћелије функционишу, што свакако није лоше имати у виду када размишљамо о сопственим навикама. Међутим, причи о епигенетици овде није крај – испоставља се да наше окружење не утиче само на нас, већ и на нашу децу, и то много пре њиховог рођења.
Епигенетички маркери се могу наслеђивати.
Годинама су научници мислили да овако нешто није могуће, с обзиром на то да је познато да се током настајања гамета (јајних ћелија и сперматозоида) са генома уклањају епигенетички маркери, као и да се тај процес понавља у најранијим фазама развића ембриона.
Уклањање епигенетичких маркера, као и сваки други процес у биолошким системима, није савршено ефикасно, па се може десити да се и након ових интервенција део маркера задржи у геному ембриона и да на тај начин утиче на даљи развој нове јединке.
На пример, постоје докази да су деца зачета за време периода глади у Другом светском рату имала маркере који на то указују и након 60 година! Такође, деца и унуци мишева који су тренирани да препознају тачно одређен мирис су били у стању да их препознају иако се никада са њима нису сусрели.
Ови примери дају наду научницима да ће у будућности још боље разумети наслеђивање, али постоје и истраживачи који сматрају да епигенетичко наслеђивање није од значаја у еволутивном смислу јер још увек нема доказа да се епигенетички маркери могу пренети на више од две потомачке генерације, па самим тим не можемо очекивати велики утицај ових појава на ток еволуције.
Свакако, ова релативно млада област науке обећава, па нам остаје да се надамо да ће нам донети занимљива и корисна сазнања.
