Гени, з яких складається наше ДНК, містять про нас усю інформацію. Раніше було прийнято вважати, що те, як ми виглядаємо, як розвиваємося, на які недуги хворіємо, – все записано в нашому геномі, і що цей генетичний код змінити неможливо, проте, такі думки переважали до розвитку нового напряму науки – епігенетики. Щодо нового – розвиватися ця галузь почала ще з 40-х років минулого століття, але великої популярності стала набувати нині.
Саме наявністю епігенетичних механізмів можна пояснити, чому існують відмінності між, здавалося б, однаковими за геномом однояйцевими близнюками, чому в одних вдається запобігти захворюванню, до якого людина має схильність, а в інших – воно розвинеться-таки. Ба більше, епігенетика береться пояснити механізм, як наслідки негативного досвіду батьків, впливу шкідливих чинників навколишнього середовища на них передаються їхнім нащадкам, звідки береться та сама схильність до таких хронічних захворювань як цукровий діабет, ожиріння, серцево-судинні захворювання, хвороба Альцгеймера, психічні захворювання. Пояснити також механізм диференціації клітин, розвитку раку, старіння та багато іншого.
Епігенетика – це наука, що вивчає зміни в експресії генів або клітинному фенотипі, які не пов’язані з мутаціями в послідовності ДНК. З грецької «епі-» означає «над», «вище», тобто, епігенетика вивчає, які саме процеси забезпечують існування регуляції активності генів або ж, які гени та в який момент будуть «увімкненими», а які ж, навпаки, «вимкненими» та чому. Важливим аспектом епігенетичних змін є їх оборотність, а також можливість їх успадкувати кільком наступним поколінням, яка є відомою як трансгенеративна епігенетична спадковість.
Яким чином працює епігенетика та що таке епігеном? Існує декілька відомих науковцям епігенетичних механізмів, основні з них: метилювання ДНК, модифікації гістонів, компактизація та ремоделювання хроматину, наявність некодувальних РНК та інші. Якщо пояснювати просто: вони так чи інакше пов’язані з встановленням своєрідних «міток» на геномі, які вказують клітинам, які його частини мають бути активними, а які – ні, або ж пов’язані зі зміною структури білків-гістонів, які допомагають упакувати ДНК, що має довжину майже два метри, в кожній крихітній клітині нашого організму, роблячи певні ділянки геному менш чи більш доступними для транскрипції. Отож епігеном – це сукупність цих «міток» – хімічних модифікацій і структурних змін, які не змінюють послідовність ДНК, лише регулюють активність певних ділянок геному. Саме завдяки геному наш організм здатний до утворення різних типів клітин (до клітинної диференціації) – клітин мозку, печінки, шкіри, хоч усі вони містять один і той же геном.
Епігенетичні зміни можуть виникати випадково або під впливом чинників навколишнього середовища. Останнє забезпечує важливу для організму функцію – адаптацію, а також здатність індукувати альтернативні фенотипи з одного й того ж геному. Інколи такі зміни можуть бути пов’язані з розвитком захворювання, наприклад, метилювання генів-супресорів пухлин (їх «вимкнення») може призвести до розвитку раку. Було проведено багато досліджень про вплив недостатнього харчування вагітних на епігеном їхніх дітей, зокрема під час кількох воєн минулого століття, в результаті яких П. Глюкман і М. Хансон сформулювали «гіпотезу невідповідності», за якою в організмі, що розвивається, може відбутися прогностична адаптація до умов проживання, які очікуються після народження. Якщо умови, в які потрапляє дитина, також пов’язані з недостатньою кількістю поживних речовин, то організм з подібною адаптацією на епігенетичному рівні має більший шанс на виживання, а якщо умови не підтверджуються, а харчування достатнє – спостерігається дезадаптація, що супроводжуватиметься розвитком захворювання, зокрема зростає ризик розвитку ожиріння та цукрового діабету другого типу.
На епігеном може впливати майже все: стрес, токсичні речовини, фізична активність, дієта, сон, інфекції, шкідливі звички, фармакологічне лікування, навіть соціальні та емоційні чинники. Наприклад, вчені досліджували ДНК щурів, яких у малому віці не вилизували матері. Було виявлено в них негативні епігенетичні зміни в гіпокампі, пов’язані зі зменшенням кількості рецепторів до стресових гормонів, через що в них спостерігалася неадекватна реакція нервової системи на зовнішні подразники з надлишковим виробленням стресових гормонів і розвитком сильного стресу в тих ситуаціях, які спокійно переносили звичайні щури. Інше дослідження дійшло такого висновку: значний стрес у ранньому віці може бути фактором ризику появи симптомів у осіб, схильних до біполярного розладу та інших психічних розладів. Було повідомлено про зв’язок між раннім життєвим стресом та аномальним метилюванням ДНК багатьох генів, таких, як ген рецептора глюкокортикоїдів і рецептор серотоніну 1A. Крім того, стрес здатний викликати зміни в модифікаціях гістонів у зубчастій звивині. У зв’язку з цим існує цікаве дослідження, яке показує, як пренатальний материнський стрес, викликаний стихійним лихом, був пов’язаний зі змінами у структурі метилювання ДНК клітин крові, що могло вплинути на імунну функцію потомства.
Можливість успадкувати епігенетичні зміни кільком наступним поколінням показує таке дослідження: в умовах експерименту мишей вдаряли струмом по лапках одразу після того, як запускали в клітки ацетофенон – речовину, запах якої схожий на аромат вишневого цвіту. Отож миші почали боятися цього запаху. Нащадки цих мишей реагували на ацетофенон підвищеною активністю та нервозністю, хоча струмом їх ніколи не вдаряли та й від народження жили вони в окремих клітках. У їхніх ДНК вчені знайшли епігенетичні мітки на генах, які відповідають за кодування протеїну, що входить до складу рецепторів запахів. А ще в них виявили більше нейронів, функція яких пов’язана з детекцією запаху вишневого цвіту. І навіть наступне покоління мало підвищену чутливість до запаху вишневого цвіту, хоч і реагувало спокійніше. Тобто шкідливий вплив чинників навколишнього середовища та негативний досвід батьків передаються їхнім нащадкам? А війна, голод і важкі психологічні травми залишають свій слід на геномі людини кільком поколінням нащадків? Цей механізм продовжують вивчати, але є й добрі новини. Епігенетичні зміни зворотні – чим менше нащадки піддаються впливу якогось чинника, тим менше проявляється зміна активності гена, що виникла за допомогою епігенетичного механізму. Наш генетичний код – не вирок. Ми здатні покращити наш епігеном, максимально мінімізувавши негативний вплив на нього з боку власного способу життя, факторів зовнішнього середовища, бо епігенетика – це про відповідальність за себе та за майбутні покоління.
Перспективи епігенетики значні, особливо в профілактичній медицині. Визначення новітніх біомаркерів епігенетичних змін, як-от аналізи модифікацій гістонів або метиломні аналізи створять можливість ранньої діагностики захворювань, дозволять виявляти зміни в геномі ще до того, як розвинеться хвороба. Іншим перспективним напрямом є розробка методів епігенетичного редагування, які дозволять точково змінювати епігенетичні маркери в геномі, що потенційно може бути використано для лікування раку, нейродегенеративних та серцево-судинних захворювань.
Епігенетика може зробити революцію в лікуванні навіть деяких видів залежностей, використовуючи так зване персоналізоване лікування. Одне із завдань, що стоїть перед вченими, – розробити ліки, які зможуть впливати лише на негативні маркери, не чіпаючи позитивних. Незважаючи на потенціал епігенетики, дослідження та використання її методів обмежене складністю та вартістю епігенетичних аналізів, тим не менше, епігенетика може бути тією самою розгадкою багатьох запитань, на які досі дослідники не змогли знайти відповіді.
Отже, дослідження у сфері епігенетики показують, що ми самі можемо впливати на власне здоров’я, на свій геном, навіть подбати про здоров’я наших нащадків. Епігенетичні зміни зворотні. Хоч ми й не можемо аж ніяк не піддаватися впливу деяких шкідливих чинників зовнішнього середовища, але нам точно під силу змінити свій спосіб життя, збалансувати раціон, фізичну активність, а отже, запобігти вже наявним негативним епігенетичним змінам, змінивши генетичну «програму» не лише для себе, але й для майбутніх поколінь.
Ольга ОПЛЕТА,
студентка медичного факультету