Epigenetikken styrer vores DNA's opførsel

Vi har længe troet, at vi kunne spå alt om vores skæbne ved at læse den genetiske kode. Men epigenetikken har åbnet nye døre. For nok er DNA'et vores alle sammens udgangspunkt, men epigenetikken styrer, hvordan DNA'et skal opføre sig.

Interessen for epigenetik er støt stigende, og epigenetik har indtaget pladsen som et af de hotteste områder indenfor biologisk og biomedicinsk forskning. Danske forskere er med i fronten.

»Epigenetik er et felt, der vokser eksplosivt og har åbnet mange spændende muligheder – både for at forstå menneskets udvikling, men også hvorfor sygdom opstår,« siger Kristian Helin, der er professor og leder af det anerkendte Center for Epigenetik ved Københavns Universitet, og påpeger, at hvis vi formår at forstå, hvilken rolle epigenetikken spiller, kan vi udvikle helt nye strategier til at behandle patienter. De er allerede i gang.

Det seneste årtis forskning i epigenetik har vist, at vi ikke længere kan tænke miljø og gener helt adskilt. Vores gener er vores udgangspunkt, men miljøet omkring os påvirker generne.

Nogle forskere påstår sågar, at påvirkningerne i visse tilfælde kan nedarves i forældre-barn-generationer og kan forklare tilfælde, hvor mødres fedmeoperation menes at give sundere børn, og hvor traumatiske erindringer kan nedarves gennem generationer.

Andre forskere er mere skeptiske.

»Studierne på mennesker kræver undersøgelser af flere generationer og bedre dokumentation for årsagssammenhængen, men omvendt kan vi ikke afvise, at epigenetik kan nedarves i forældre-barn-generationer,« fortæller Kristian Helin.

Den nye videnskab er stadig i sin vorden, men potentialerne er til at få øje på.

»Epigenomics er en udfordring,« siger Karin Michels, en epigenetisk epidemiolog ved Brigham and Women’s Hospital i Boston til Nature News, »men jeg synes ikke, vi har råd til at ignorere det«.

Kristian Helin og andre forskere har forsket intensivt i epigenetik, og har fundet flere af brikkerne i puslespillet, som kan forklare processen.

Epigenetikken styrer cellens skæbne

For at forstå epigenetik skal vi træde et skridt tilbage – til vores arvelige materiale - DNA'et, siger Kristian Helin. DNA oversættes til RNA, som igen oversættes til proteiner. Det er proteinerne, som danner hele cellens skelet og udfører langt de fleste af cellens funktioner – og dermed kroppens. De fungerer som kroppens byggesten, enzymer, hormoner og antistoffer og skaber signalkaskader inde i cellerne. Uden dem intet liv, som vi kender det i dag. Derfor er DNA så vigtig.

Hver eneste af kroppens celler indeholder samme DNA, og alligevel har vi 220 vidt forskellige specialiserede celler, som adskiller sig fundamentalt fra hinanden. Tænk bare på, hvor forskellig en blodig kødluns og øjets farverige iris ser ud.

Forskere verden over har været meget optaget af at finde forklaringen på, hvordan en celle ved, hvad den skal blive, fortæller Kristian Helin. Nok indeholder cellerne samme DNA, men det, der adskiller cellerne er, hvilke gener der er 'tændte', og hvilke, der er 'slukkede'. Det er nemlig sammensætningen af tændte og slukkede gener, der bestemmer hvilke proteiner, og derfor hvilke egenskaber cellen har.

»Der er brug for en tænd og sluk-mekanisme til at styre, hvilke gener der er aktive – eller tændte, om man vil -, og hvilke der er slukkede. Det er her, epigenetikken spiller ind,« forklarer Kristian Helin og fortsætter:

»Man kan altså betragte epigenetikken som en slags computersystem, der styrer og kontrollerer generne«.

Så nok styrer DNA'et proteinerne, men epigenetikken styrer DNA’et.

Det epigenetiske landskab

Selvom epigenetikken uden tvivl er et af de hotteste forskningsområder, er epigenetik ikke et nyt fænomen.

»Interessen for epigenetik lige nu skyldes først og fremmest, at vi kun for relativt nylig har fundet frem til, hvordan nogle af processerne foregår. Selve begrebet har eksisteret siden Waddington i 40'erne navngav det,« fortæller Kristian Helin.

Specialiseringen af embryonale stamceller er et skoleeksempel på, hvordan epigenetik fungerer. I den embryologiske udvikling udvikles specialiserede celler, såsom nerve- og muskelceller, ud fra stamceller. Selvom datidens biologer ikke kendte til epigenetiske mekanismer, forklarede den britiske udviklingsbiolog C.H. Waddington tankegangen bag epigenetikken i 1942 ved hjælp af en model – det epigenetiske landskab. Landskabet bruges som metafor for den biologiske udvikling af cellers specialisering.

Udgangspunktet er et højtliggende bjerglandskab. En bold sættes i gang på toppen over en dal. Højderygge opstår og dale forgrenes ned igennem landskabet, som former boldens vej. Bolden, der her er et billede på cellen, starter på toppen og har her potentiale til at blive alle kroppens celler. Efterhånden bliver cellen mere og mere specialiseret – på sin vej igennem dalene ned af bjerget. Den kan umiddelbart ikke trille op igen, og havner til sidst i en dal, hvor den bliver liggende. På samme måde får celler tildelt en specialiseret skæbne, som epigenetikken former og fastholder.

Hvordan virker 'epi-mekanikken'?

Begrebet epigenetik dækker altså over de bagvedliggende mekanismer, der regulerer geners aktivitet.

Inde i cellernes kerne ligger vores DNA sirligt viklet op omkring nogle proteiner kaldet histoner. For at DNA kan blive oversat, skal maskineriet, der varetager opgaven kunne komme til. Derfor er pakningen af DNA'et afgørende.

DNA'et og histonerne er mærket med små kemiske grupper. Grupperne kaldes epigenetiske mærker og danner et epigenetisk mønster. Selvom de kemiske mærkningerne er små, har de enorm betydning for pakningen og derfor aflæsningen af DNA'et. Løs pakning kan derfor muliggøre aflæsningen og derved 'tænde' generne, mens tætpakning slukker generne.

Derfor kan påsætning eller fjernelse af de kemiske grupper regulere genernes aktivitet. Se sidehistorien nedenunder for nærmere biologiske detaljer om epigenetiske mekanismer.

Epigenetikken er cellens hukommelse

Ligeså vigtigt, at cellen får 'tildelt' sin skæbne, er det, at cellen husker sin rolle livet igennem. Øjenceller hører ikke til i biceps, og de skal derfor beholde deres specialiserede rolle, som de fik tildelt i det epigenetiske landskab: Med andre ord skal bolden blive i den dybe dal.

Genetik vedrører DNA, mens epigenetik vedrører alt det udenom DNA'et

Kristian Helin

Det helt forunderlige ved epigenetik er samspillet mellem arv og miljø. De epigenetiske mønstre kan arves fra en celle-generation til en anden og der har været nogle få videnskabelige artikler, der har beskrevet resultater, der tyder på, at nogle epigenetiske mønstre kan nedarves fra en forældre-barn-generation til den næste uden at være forandringer i selve sekvensen af vores genetiske materiale – DNA'et.

Kristian Helin forholder sig dog stadig skeptisk overfor disse studier.

»Resultaterne er få og studierne er ikke overbevisende bygget op«.

Kræft er et eksempel på, at reguleringen af det epigenetiske mønster i kropscellerne kan gå galt. Hvis cellerne mister deres 'epigenetiske' hukommelse og i stedet udvikler sig til kræftceller, bevæger de sig så at sige op ad bjerget igen og får mere stamcelle-lignende egenskaber.

Epigenetik forener gener og miljø

Ikke kun ydre påvirkninger som miljøgifte, men også 'indre forstyrrelser' som psykisk stress, frygt og stofskifteforandringer, kan føre til forandringer af det epigenetiske mønster på vores DNA og histoner, dvs. at nogle kemiske grupper fjernes, mens andre påsættes sådan, at nogle gener slukkes, mens andre tændes. Forskerne arbejder stadig intenst på at forstå, hvordan denne komplicerede proces reguleres. Faktum er dog, at mærkerne i nogle tilfælde er så stabile, at de bliver kopieret, når cellen deler sig.

Hvis forandringerne i det epigenetiske mønster sker i kønscellerne, er der potentielt mulighed for at forandringerne bliver videregivet til barnet – og senere børnebørnene. I de andre tilfælde, hvor forandringen sker i almindelige kropsceller, kan det nye mønster 'kun' nedarves til næste celle-generation – ligesom i kræftsvulsten.

Hvis forskningen i transgenerationel epigenetik viser sig at holde stik, dvs. hvis epigenetiske mønstre virkeligt kan nedarves fra forældre til børn, er de epigenetiske mønstre i vores celler både modtagelig for miljømæssige forandringer, som vi oplever lige nu og her, men afspejler også i en vis forstand, hvad vores tipoldemor oplevede.

Hvad hvis nutidens fedmeoperationer og frygt for terror kan spores i de kommende generationers kroppe?

Håbet er, at vi på sigt kan behandle sygdomme som kræft, som skyldes forandringer i epigenetiske mønstre ved at styre enzymerne, der fjerner og påsætter de epigenetiske mærker. Måske er det vores held, at DNA ikke er hele svaret.