Гены играют важную роль в определении состояния здоровья, но не настолько фатальную, как нам казалось раньше.
Эта статья будет полна научных терминов, но погрузившись в неё станет понятно, почему кто-то в 60 лет в походы бегает, а кто-то не вылезает из больницы, и как питание матери во время беременности сказывается на генетический аппарат плода, так как не меньшее значение на наше здоровье, развитие и скорость старения оказывают наше же поведение (что мы едим и насколько физически активны) и окружающая среда. Причём, не на уровне социально-бытовом, а на генетическом, изучаемом эпигенетикой.
Что такое эпигенетика?
Эпигенетика - раздел генетики, который изучает наследуемые изменения активности генов во время роста и деления клеток - изменения синтеза белков, вызванных механизмами, не изменяющими последовательность нуклеотидов в ДНК. Эпигенетические изменения сохраняются в ряде митотических делений соматических клеток, а также могут передаваться следующим поколениям.
Эпигенетика исследует как наше поведение и окружающая среда могут вызывать изменения, влияющие на работу наших генов. В отличие от генетических изменений (мутаций), эпигенетические изменения обратимы и не меняют последовательность ДНК, но они могут изменить то, как тело читает последовательность ДНК для синтеза белков (экспрессия генов).
Экспрессия генов - процесс, в ходе которого наследственная информация от гена (последовательности нуклеотидов ДНК) преобразуется в функциональный продукт - РНК или белок. Регуляция экспрессии генов позволяет клеткам контролировать собственную структуру и функцию и является основой дифференцировки клеток, морфогенеза и адаптации. Экспрессия генов является субстратом для эволюционных изменений, так как контроль над временем, местом и количественными характеристиками экспрессии одного гена может иметь влияние на функции других генов в целом организме.
А проще говоря, генная экспрессия отвечает за то, как часто и когда белки создаются из инструкций наших генов. В то время как генетические изменения могут изменить состав белка, породив передающиеся по наследству мутации, эпигенетические изменения влияют на экспрессию генов, включая и выключая гены.
Поскольку наше окружение, пищевые привычки и двигательная активность могут привести к эпигенетическим изменениям, легко увидеть связь между нашими генами, поведением и окружающей средой.
Как работает эпигенетика?
Эпигенетические изменения по-разному влияют на экспрессию генов:
1. Метилирование ДНК
Метилирование ДНК - это способ выключить какой-то определённый участок гена путём добавления химической группы CH3 к ДНК, где она блокирует белки, которые прикрепляются к ДНК, чтобы "читать" ген. Эта химическая группа (метильная группа) может быть удалена с помощью процесса, называемого деметилированием. Как правило, метилирование "выключает" гены, а деметилирование "включает" гены.
2. Модификация гистонов
ДНК оборачивается вокруг белков, называемых гистонами. ДНК, плотно обернутая вокруг гистонов, недоступна для считывания. Гены, обернутые вокруг гистонов - "выключены", гены, не обернутые вокруг гистонов - "включены". Химические группы могут быть добавлены или удалены из гистонов, разворачивая или оборачивая ген вокруг гистона, что тоже влияет на включение и выключение генов.
3. Некодирующая РНК
ДНК используется в качестве инструкций для создания кодирующей и некодирующей РНК. Кодирующая РНК используется для производства белков. Некодирующая РНК помогает контролировать экспрессию генов, присоединяясь к кодирующей РНК вместе с определенными белками, чтобы разрушить кодирующую РНК и сделать её непригодной для создания белков. Некодирующие РНК могут также привлекать белки для модификации гистонов, чтобы включать или выключать гены.
Как может изменяться наша эпигенетика?
Наша эпигенетика меняется с возрастом, как в рамках нормального развития и старения, так и в ответ на наше поведение и окружающую среду.
1. Эпигенетика и развитие организма
Эпигенетические изменения начинаются еще до нашего рождения. Все клетки тела имеют одни и те же гены, но выглядят и действуют по-разному. По мере роста и развития организма эпигенетика помогает определить, какую функцию будет выполнять клетка, например, станет ли она клеткой сердца, нервной клеткой или клеткой кожи.
2. Эпигенетика и возраст
Эпигенетика организма меняется на протяжении всей жизни. Эпигенетика при рождении отличается от эпигенетики в детстве или во взрослой жизни.
Например, метилирование миллионов участков ДНК было измерено у новорожденных, 26-летних и 103-летних. Уровень метилирования ДНК снижается с возрастом. У новорожденного был самый высокий уровень метилирования ДНК, у 103-летнего человека был самый низкий уровень метилирования ДНК.
3. Эпигенетика и возможности её обратимости
Не все эпигенетические изменения являются постоянными. Некоторые эпигенетические изменения могут быть добавлены или удалены в ответ на изменения в поведении человека или окружающей среде.
Например, курение может привести к эпигенетическим изменениям: в определенных участках гена AHRR у курильщиков наблюдается меньший уровень метилирования ДНК, чем у некурящих. После отказа от курения у бывших курильщиков может начаться повышенное метилирование ДНК в этом гене. В конце концов, они могут достичь уровня, аналогичного уровню некурящих. В некоторых случаях это может произойти менее чем за год, но продолжительность времени зависит от того, как долго и сколько человек курил до того, как бросил.
4. Эпигенетика и здоровье
Эпигенетические изменения могут по-разному влиять на ваше здоровье. Микробы могут менять эпигенетику для ослабления иммунной системы. Это помогает микробу выжить. Например, микобактерии туберкулеза могут вызывать изменения гистонов в некоторых иммунных клетках, что приводит к "отключению" гена IL-12B. Выключение этого гена ослабляет иммунную систему и улучшает выживаемость Mycobacterium tuberculosis.
5. Питание во время беременности
Окружающая среда и поведение беременной женщины во время беременности, например, ест ли она здоровую пищу, могут изменить эпигенетику ребенка. Некоторые из этих изменений могут сохраняться десятилетиями и повышать вероятность развития у ребенка определенных заболеваний.
Например, люди, чьи матери были беременны ими во время Голландского зимнего голода (1944-1945), были более склонны к развитию некоторых заболеваний, таких как сердечные заболевания, шизофрения и диабет 2 типа. Примерно через 60 лет после голода исследователи изучили уровни метилирования у людей, чьи матери были беременны ими во время голода. У этих людей было повышенное метилирование одних генов и пониженное метилирование других генов по сравнению с их братьями и сестрами, которые не подвергались голоданию до своего рождения. Эти различия в метилировании могут помочь объяснить, почему у этих людей была повышенная вероятность определенных заболеваний в более позднем возрасте.
Какие выводы следует сделать из наших знаний об эпигенетике? Наше здоровье и здоровье наших детей - это не некая бессменная генетическая данность, а результат наших ежедневных привычек. И на это мы можем влиять.