Στον απόηχο της ανακάλυψης του μορίου του DNA, ο κώδικας του νουκλεϊκού οξέος θεωρήθηκε ως η αρχή και το τέλος της κληρονομικότητας.
Σήμερα είναι κατανοητό ότι οι χημικοί δείκτες που συνδέονται με τμήματα κλειδιά μιας γενετικής αλληλουχίας, όχι μόνο επηρεάζουν τον τρόπο ανάγνωσης των γονιδίων, αλλά μπορούν και να μεταβληθούν αποκρινόμενα στο περιβάλλον. Και, ακόμα περισσότερο, μπορούν να μεταφερθούν από τη μια γενιά στην επόμενη.
Ονομάζεται διαγενεακή επιγενετική κληρονόμηση και αποτελεί την διαδρομή μέσω της οποίας μπορεί η υγεία, ο τρόπος ζωής ή ακόμα και το περιβάλλον των γονέων να επηρεάσει την υγεία και την ανάπτυξη των απογόνων για γενιές.
Αν και οι ίδιες οι αλλαγές φαίνονται ξεκάθαρα, οι ακριβείς μηχανισμοί πίσω από αυτές δεν έχουν γίνει ακόμα πλήρως κατανοητοί.
Σήμερα, μία νέα μελέτη σε νηματώδη σκουλήκια έδειξε πώς μια επιγενετική τροποποίηση μπορεί να μεταδοθεί σε τρεις γενιές, μέσω του σπέρματος, επηρεάζοντας τη γονιδιακή δραστηριότητα και την ανάπτυξη στα “εγγόνια”.
Και ενώ τα στοιχεία για μια τέτοια διαρκή επιγενετική μνήμη σε ανθρώπους εξακολουθούν να είναι ελάχιστα, η μελέτη των νηματωδών Caenorhabditis elegans είναι ιδιαίτερα αποκαλυπτική.
«Αυτά τα αποτελέσματα καθιερώνουν μια σχέση αιτίας-αποτελέσματος μεταξύ των δεικτών ιστόνης που μεταδίδονται από το σπέρμα και της γονιδιακής έκφρασης και ανάπτυξης, σε απογόνους πρώτης και δεύτερης γενιάς», λέει η Susan Strome, μοριακή και κυτταρική βιολόγος από το University of California στην Santa Cruz.
Οι επιγενετικές αλλαγές είναι μοριακά “στολίδια” που προστίθενται στο DNA, τα οποία εμφανίζονται με διάφορες μορφές και καθορίζουν το πότε και το πώς ακολουθούνται οι γενετικές οδηγίες.
Εάν ο μηχανισμός του κυττάρου που διαβάζει το γονιδίωμά του δεν μπορεί να έχει πρόσβαση σε ορισμένα γονίδια, επειδή κάποια ογκώδη μόρια παρμβάλλονται ως εμπόδια, τότε αυτά τα γονίδια δεν θα αποκωδικοποιηθούν σε πρωτεΐνες. Η περιέλιξη μακριών κλώνων DNA γύρω από κύρια πρωτεϊνικά σύμπλοκα που ονομάζονται ιστόνες με τρόπο που να είναι ιδιαίτερα σφικτός μπορεί να οδηγήσει σε ένα παρόμοιο αποτέλεσμα “σίγασης”.
Για τις περισσότερες από αυτές τις επιγενετικές τροποποιήσεις θεωρούσαμε πως μετά τη γονιμοποίηση συνέβαινε διαγραφή και “επαναφορά”, οπότε και επαναπρογραμματίζονταν τα αναπαραγωγικά κύτταρα, ώστε να διασφαλιστεί η φυσιολογική ανάπτυξη. Όμως, όπως δείχνουν μελέτες επάνω σε ζώα (συμπεριλαμβανομένου ενός αριθμού μελετών που στηρίζονται σε θηλαστικά), φαίνεται ότι ορισμένες επιγενετικές αλλαγές μπορούν να ξεφύγουν από τον επαναπρογραμματισμό και να μεταφερθούν.
Η πρόσφατη μελέτη χρησιμοποίησε τα C. elegans για να διερευνήσει το εάν οι επιγενετικοί δείκτες διατηρούνται ή ξαναγράφονται στα έμβρυα των νηματωδών σκουληκιών και -εάν επιμένουν- το πώς επηρεάζουν την γονιδιακή έκφραση στους απογόνους.
Το επίκεντρο των πειραμάτων αφορούσε έναν επιγενετικό δείκτη σε μια πρωτεΐνη ιστόνης που οδηγεί σε μεγαλύτερη συμπύκνωση του DNA, το οποίο με τη σειρά του απενεργοποιεί γονίδια σε αυτήν την περιοχή.
Οι ερευνητές αφαίρεσαν επιλεκτικά τον συγκεκριμένο δείκτη ιστόνης από τα χρωμοσώματα του σπέρματος του C. elegans, το οποίο χρησιμοποιήθηκε στη συνέχεια για τη γονιμοποίηση ωαρίων που τα χρωμοσώματά τους περιείχαν όλους τους δείκτες.
Στη συνέχεια, εξέτασαν τα επίπεδα γονιδιακής δραστηριότητας στους απογόνους που προέκυψαν και διαπίστωσαν ότι τα γονίδια στα χρωμοσώματα που κληρονομήθηκαν από το σπέρμα δεν καταστέλλονταν πλέον.
«Μερικά γονίδια ενεργοποιήθηκαν, κατά παρέκκλιση, και παρέμειναν στην χωρίς τον κατασταλτικό δείκτη κατάσταση, ενώ το υπόλοιπο γονιδίωμα ανέκτησε τον δείκτη και το μοτίβο αυτό πέρασε στους “εγγονούς” απογόνους», εξηγεί η Strome.
«Εικάζουμε ότι εάν αυτό το μοτίβο συμπύκνωσης DNA διατηρείται στη βλαστική σειρά, τότε αυτό θα μπορούσε ενδεχομένως να μεταδοθεί σε πολλές γενιές».
Ας μην ξεχνάμε πως μιλάμε για νηματώδη σκουλήκια. Μία προηγούμενη έρευνα για αυτά τα ημιδιαφανή πλάσματα έδειξε πως οι επιγενετικές αλλαγές μπορούν να μεταδοθούν για 14 γενιές, κάτι που είναι καταπληκτικό πλην όμως λέει λίγα για τους ανθρώπους.
Κάποιες σπάνιες και αξιοσημείωτες μελέτες σε ανθρώπους έχουν αποκαλύψει ότι η πρόσβαση ενός παππού στην τροφή επηρεάζει την υγεία των εγγονών του, δύο γενιές αργότερα.
Άλλες έρευνες είδαν την σύνδεση μεταξύ της υγείας της μητέρας- συμπεριλαμβανομένων των συνηθειών καπνίσματος- και του παιδικού άσθματος, ή έδειξαν το πως, γεγονότα της πρώιμης παιδικής ηλικίας, μπορούν να χαράξουν χημικές αλλαγές στο DNA ενός ατόμου οι οποίες επηρεάζουν την υγεία του στη μετέπειτα ζωή.
Μελέτες για ανθρώπους, όμως, που να κάνουν άμεση σύνδεση μεταξύ της γονεϊκής υγείας, των επιγενετικών αλλαγών στα αναπαραγωγικά κύτταρα και των αποτελεσμάτων στους απογόνους είναι ουσιαστικά ανύπαρκτες, εν μέρει λόγω των περιορισμών των επιδημιολογικών μελετών που μπορούν να αποφέρουν μόνο συσχετίσεις και όχι αιτιώδεις σχέσεις.
Σημαντική πρόκληση, επίσης, αποτελεί η απεμπλοκή της επιρροής των επιγενετικών δεικτών από τις γενετικές, πολιτισμικές και συμπεριφορικές επιρροές. Πώς ξεκινάμε για να διαχωρίσουμε τη γενετική από τις κοινωνικές ή τις περιβαλλοντικές συνθήκες που επιμένουν για γενιές;
Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι μελέτες σε ζώα όπως αυτή είναι χρήσιμες «ρίχνοντας φως στο πως πώς η επιγενετική κληρονόμηση μπορεί να διαμορφώσει την ανάπτυξη και την υγεία των μελλοντικών γενεών», γράφουν η Strome και οι συνεργάτες της στην δημοσίευσή τους.
Η ομάδα λέει ότι τα ευρήματά τους ταυτίζονται με τα ευρήματα από κύτταρα θηλαστικών που έχουν αναπτυχθεί στο εργαστήριο και πως άλλες πρόσφατες μελέτες έχουν προτείνει ότι οι δείκτες ιστόνης που κληρονομούνται μέσω σπέρματος αποτελούν χαρακτηριστικό και για τα ποντίκια.
Αυτοί οι παραλληλισμοί ίσως σημαίνουν πως ο μηχανισμός μπορεί να εκτείνεται και στους ανθρώπους. Όμως, υπάρχουν πολλά που δεν γνωρίζουμε ακόμα για το πώς λειτουργεί η επιγενετική κληρονόμηση σε πολλές γενιές ή αν όντως αυτή λειτουργεί.
Και, με δεδομένα τα ηθικά και υλικοτεχνικά εμπόδια στη διερεύνηση τέτοιων ερωτημάτων σε ανθρώπους, μπορεί να χρειαστεί πολύς χρόνος μέχρι να το ανακαλύψουμε.
Παραπομπές: Sperm-inherited H3K27me3 epialleles are transmitted transgenerationally in cis
Πηγή: https://www.sciencealert.com/