Epigenetik: Kan miljøet styre dine gener?

Hver eneste celle i din krop (bortset fra kønscellerne) indeholder den samlede genetiske kode til dig – dit DNA.

Cellerne i mavesækken bruger nogle gener i dit DNA til at udføre sine opgaver. Tarmene bruger nogle andre gener, mens muskel- og hjerneceller igen bruger nogle helt tredje.

Epigenetikken styrer hvordan, hvornår og hvor meget hver enkelt celle bruger de forskellige gener.

Når du føler glæde, skyldes det blandt andet, at nogle bestemte celler i din hjerne har brugt DNA’ets opskrift på signalstoffet dopamin. Dopamin frigives og optages af nogle andre celler i hjernen, og det giver følelsen af glæde og tilfredshed.

Epigenetikken sørger for, at det maskineri, der aflæser gener, kun har adgang til opskriften på dopamin i de rigtige celler, nemlig dopaminerge neuroner, og på det rigtige tidspunkt i udviklingen.

Epigenetikkens evne til at styre aktiviteten i vores gener gør den uhyre interessant for forskningen i udviklingen af forskellige sygdomme og for forståelsen af, hvordan vi i det hele taget bliver til et helt menneske, mens vi ligger i vores mors mave.

Epigenetik styrer adgang til gener

Epigenetik er helt konkret en række kemiske mekanismer, der aktiverer eller deaktiverer bestemte gener i vores DNA.

Det komplekse og meget præcise samspil mellem de forskellige kemiske grupper sikrer for eksempel, at en levercelle kun bruger de opskrifter, en levercelle har brug for og ikke begynder at opføre sig som en hjernecelle eller en blodcelle.

Det forklarer professor på Metabolismecentret på Københavns Universitet Romain Barres. Han forsker i, hvordan fedme påvirker epigenetikken.

»Epigenetikken fortæller cellen, hvornår den skal bruge hvilke gener til at lave bestemte proteiner. Det gøres ved at skabe adgang til bestemte gener på bestemte tidspunkter og lukke ned for andre,« siger Romain Barres til Videnskab.dk.

\ Læs mere

Epigenetik: Forskere finder ny mekanisme bag fedme

Skaber et helt menneske

Epigenetikken spiller en stor rolle i udviklingen af et helt menneske efter undfangelsen.

Fordi den sikrer, at bestemte celler begynder at bruge bestemte gener, mens unødvendige gener i den bestemte type celle ‘lukkes ned’. Det er det, der sker, når vi går fra et være en klump stamceller, som kan blive til alle celler, til at begynde at blive et menneske med forskellige typer celler.

Blodceller skal for eksempel transportere ilt og næring, nyreceller skal rense blodet, og alle celler skal selvfølgelig optage næring og dele sig, når det er nødvendigt og holde op med at dele sig, når det ikke længere er nødvendigt.

Epigenetikken kan også lukke hele kromosomer ned, forklarer professor og forskningsgruppeleder Kristian Helin fra Biotech Research and Innovation Center på Københavns Universitet og Sloan Kettering Institute i New York:

»Kort efter du bliver undfanget, er der nogle epigenetiske processer, som sørger for, at dit ene X-kromosom bliver delvis lukket ned i alle celler. Det sker ved celledelingen, og i nogle celler er det X-kromosomet fra far, der er aktivt, i nogle celler er det X-kromosomet fra mor,« siger han til Videnskab.dk.

»Derfor siger man, at kvinder er mosaikker, for i nogle af dine celler er det din fars X-kromosom, der er aktivt, og i resten af cellerne er det din mors. Aktiveringen eller deaktiveringen styres af epigenetikken,« tilføjer Kristian Helin.

Kristian Helin forsker i epigenetiske forandringer i kræftceller.

»Man har fundet ud af, at de gener, der er vigtige for at producere enzymer, der regulerer DNA-methylering (sammenrulning af gener red.), ofte er muteret ved kræft. De genetiske og epigenetiske ændringer i kræftceller gør, at de ikke modnes og bliver til differentierede celler, og det giver dem mulighed for at blive ved med at vokse,« forklarer han.

\ Læs mere

Fra genetik til epigenetik

Hurtig genetisk tilpasning

Forskerne har hypoteser om, at det miljø, vi lever i, kan påvirke epigenetikken og dermed aktiviteten i vores gener.

»Hvis du for eksempel som dansker rejser til Spanien, så vil dine hudceller opfange, at der er mere sol, og det vil aktivere de gener, som koder for pigmentstoffet melanin, som vil begynde at blive produceret i dine hudceller og på den måde beskytte mod skadelige stråler fra Solen,« siger Romain Barres.

Hvis du bliver boende i et solrigt område, vil aktiviteten i genet, der koder for melanin, sandsynligvis blive opreguleret. På den måde sikrer epigenetikken en slags hurtig evolution af genetikken.

»Epigenetik er hurtig tilpasning. DNA’et bliver ved med at være det samme, og der kommer ikke nye gener til, men ændringer i miljøet kan gøre, at DNA’et kommer til udtryk på en lidt anden måde. Bestemte gener op- eller nedreguleres,« forklarer adjunkt på Translational Neuropsychiatry Unit, Nicklas Heine Staunstrup, som forsker i epigenetik og psykisk sygdom, på Aarhus Universitet.

»Når du for eksempel går ned til bageren og spiser en stor basse, så øges aktiviteten i bestemte enzymer, som laves ud fra bestemte gener, som altså bliver aktiveret. På den måde sørger systemet for, at du hurtigt nedbryder bassen, så sukkerniveauet i dit blod holdes stabilt,« siger Kristian Helin.

Hvis man hver dag spiser meget fedt og sukkerholdig mad, er det muligt, at aktiviteten i de gener, der koder for enzymer, som nedbryder fedt og sukker, ændrer sig mere permanent. På den måde har ens epigenetik ændret sig lidt.

»Hvis man skubber balancen i vores fordøjelse, så kan det påvirke aktiviteten i vores enzymer. Det ved vi. Men vi mangler stadig en forståelse af, om og hvordan de påvirker epigenetikken,« påpeger Kristian Helin.

Motion påvirker genaktivitet i fedtvæv

På samme måde som at vores kost muligvis påvirker vores epigenetik, er der også forskning, der peger på, at motion kan have indflydelse på genaktiviteten.

I 2013 udkom et studie i det videnskabelige tidsskrift PLOS Genetics. Her havde en forskergruppe ladet 23 fysisk inaktive, men raske mænd træne regelmæssigt i et halvt år. De undersøgte DNA-methyleringen – altså aktiveringen af generne – i fedtvævceller før og efter den regelmæssige træning.

Efter træningen ændrede DNA-methyleringen sig hele 17.975 steder i DNA’et. Og aktiviteten i 39 gener, som man mener muligvis disponerer for fedme og type 2-diabetes, var også ændret.

»Det ser altså ud til, at motion kan påvirke epigenetikken. Men vi forstår stadig ikke, hvordan og hvilken betydning det eventuelt har,« siger Nicklas Heine Staunstrup.

I 2018 lavede Romain Barres en forskningsgennemgang af forskningen i effekten af fysisk aktivitet på epigenetikken, der vedrører skeletmuskulaturen.

Konklusion var, at træning ændrer epigenetikken i muskulaturen omkring vores skelet, men betydningen af det er stadig uvis.

\ Læs mere

Motion påvirker dine gener

Genetisk klar til bestemt miljø

Forskerne er altså i fuld gang med at undersøge epigenetiske forandringer som følge af den måde, vi lever på, men forskerne afprøver også hypoteser om, at vores geners aktivitet i nogen grad er forudbestemt i de kønsceller, der er kimen til et nyt menneske.

»Hele tanken ud fra et evolutionært synspunkt er, at miljøet allerede i eller måske endda før fosterstadiet påvirker genernes udtryk. Det skal gøre fosteret klar til at vokse op i et bestemt miljø. Derfor ‘huskes’ påvirkninger under fosterudviklingen og måske gives påvirkninger endda videre fra en generation til næste,« siger Nicklas Heine Staunstrup.

For at være bedst muligt tilpasset det miljø, man skal vokse op i, påvirkes epigenetikken altså allerede, inden man fødes, og måske endda før man undfanges, lyder hypotesen.

Man har påvist videregivelse af tilpasset epigenetik i planter, men det er stadig uvist, om det finder sted i mennesker. Nicklas Heine Staunstrup anser det dog som meget sandsynligt.

Det var muligvis det, man så efter den hollandske hungersnød i vinteren 1944-1945, hvor Tyskland blokerede for fødevareleverancer til Holland. De ufødte børn, hvis mødre sultede, blev født med lavere fødselsvægt, men større risiko for at udvikle overvægt senere.

»Sult og underernæring har muligvis lagret sig i epigenetikken og gjort, at næste generation lagrer energi mere effektivt. Ergo de tog nemmere på,« forklarer Romain Barres.

I et studie i Nature Communications i 2014 undersøgte en gruppe forskere ændringer i epigenetikken hos børn af den hollandske hungersnød. De fandt epigenetiske forandringer i flere regioner i genomet, som muligvis hænger sammen med regulering af stofskiftet.

Skal anlæg for fedme findes i epigenetikken?

Romain Barres har lavet dyreforsøg, som viser, at han-forsøgsrotter, som får en fedtrig diæt, får unger, som har større risiko for at udvikle forstadier til diabetes.

»Vi ser nogle epigenetiske ændringer, når vi giver en meget fedtrig kost. Nogle geners aktivitet ændrer sig, og det ser ud til, at det er gener, som har at gøre med regulering af vores metabolisme,« fortæller han.

Ifølge Kristian Helin skal man dog være meget forsigtig med at drage endegyldige konklusioner om nedarvet epigenetik.

»Der er så mange ubekendte. Vi ved ikke, hvad der sker epigenetisk i kønscellerne. Vi ved, at noget epigenetik nedarves i mus og rotter, men det er nogle helt specifikke gener, og det diskuteres meget, om mus overhovedet kan bruges som model for mennesker til at undersøge nedarvning af epigenetik,« siger han.

\ Læs mere

Fedme kan gemme sig i mandens sæd

Epigenetiske ændringer ved ADHD

På samme måde som med fedme og type 2-diabetes er forskere også i gang med at lede efter medfødte epigenetiske ændringer ved psykiske sygdomme.

I sin forskning undersøger Nicklas Heine Staunstrup, om mennesker med autisme og ADHD har en anderledes epigenetik helt fra fødslen.

Forskerne har undersøgt epigenetikken i nyfødte, og det ser ud til, at nyfødte, som udvikler ADHD senere i livet, har en anderledes profil i gener associeret med ADHD.

»Vi kan se, at blandt dem, som senere udvikler ADHD, er der en større andel, som har epigenetiske afvigelser i for eksempel de 12 gener, som fornylig blev identificeret genetisk associeret med ADHD, end blandt dem som ikke udvikler ADHD,« siger Nicklas Heine Staunstrup.

Hvilken betydning ændringerne eventuelt har for hjerneudviklingen, ved man ikke, og man ved heller ikke, hvorfor ændringerne er opstået.

Kristian Helin advarer imod at tillægge den type resultater for stor værdi, fordi vi stadig overhovedet ikke forstår de biologiske processer bag ADHD.

»For meningsfuldt at kunne undersøge ændringer i epigenetikken, kræver det for det første, at vi forstår præcist, hvilke biologiske processer der fører til ADHD. Derudover skal vi forstå, hvilke gener, der styrer de biologiske processer. Ingen af delene ved vi. Så der er meget stor risiko for at finde ændringer uden betydning. Jeg er meget skeptisk over for den type studier,« siger han.

En svaghed ved studiet er desuden, at man har undersøgt epigenetikken i blod fra hælprøver fra nyfødte og ikke direkte i hjerneceller. Dermed kan forskerne ikke være sikre på, at afvigelserne ville være de samme i hjernecellernes epigenetik.

»At vi bruger blod er et nødvendigt onde, fordi vi ikke kan tage prøver i hjernen på nyfødte, men der er mange studier, der viser, at der for mange gener er en rigtig god korrelation mellem blod og hjernevæv,« siger Nicklas Heine Staunstrup.

Tidlige traumer ændrer aktiviteten i bestemt gen

Et af de mest kendte og videnskabeligt validerede eksempler på epigenetikkens påvirkning af vores psyke er genet FKBP5, som koder for et protein, der er med til at nedregulere hormonet kortisol.

Kortisol udløses, når vi bliver stressede. Hvis man er dårlig til at nedregulere kortisol, bliver ens stresstolerance dårligere.

»Man ved, at tidlige traumer i de første leveår kan ændre aktiviteten i FKBP5-genet. Altså epigenetikken. Men her spiller genetikken faktisk også ind. Man skal nemlig have en særlig variant af genet, for at aktiviteten ændres,« forklarer Nicklas Heine Staunstrup og henviser til et studie i Nature Neuroscience.

Samtidig ved man også, at traumer senere i livet ikke ændrer genets aktivitet. Det er altså kun i barndommen, at FKBP5-genets epigenetik er påvirkelig.

Ændringen betyder, at man har sværere ved at nedregulere kortisol, og dermed er mere mere følsom overfor stress.

Mishandlede børn havde anderledes epigenetik

I et andet studie fra 2013 undersøgte en gruppe forskere epigenetiske forandringer hos tidligt svigtede børn. Deres håb var at finde ud af, om epigenetiske forandringer kan være en del af forklaringen på, at mishandlede børn ofte rammes af flere fysiske og psykiske sygdomme senere i livet.

I alt 96 børn, som var blevet fjernet fra hjemmet på grund af alvorligt omsorgssvigt og/eller fysisk og seksuelt misbrug, deltog i studiet. Derudover undersøgte forskerne 96 børn fra almindelige velfungerende familier.

Forskerne fandt ud af, at de mishandlede børn havde ændringer i deres genaktivitet 2.868 forskellige steder sammenlignet med børnene i kontrolgruppen.

Betydningen af ændringerne forstår man dog ikke.

Epigenetisk forskning er stadig et ungt felt. Man har kun forsket i det i 10-15 år og har primært fokuseret på DNA-methylering – altså om et gen er rullet sammen og dermed inaktivt eller ej.

Man mener dog også, at ikke-kodende RNA, som udgør størstedelen af vores samlede genom, men som ikke koder for proteiner, spiller en rolle i epigenetikken.

Samtidig ved man, at genetikken også er med til at styre epigenetikken. Så generne og den genetiske aktivitet hænger tæt sammen, men også miljøet spiller ind.

\ Læs mere

Store opdagelser: Epigenetik – arvelige påvirkninger og forandringer

\ Læs mere

Arv eller miljø – hvad bestemmer vores personlighed?