19/9/08

«23andMe». Και μετά τι;


Οι ισορροπίες μεταβλήθηκαν μέσα σε πέντε - έξι χρόνια. Εκεί που ορκιζόμασταν στην υπεροχή του DNA ως αδιαφιλονίκητου πρωταγωνιστή στο θεατρικό έργο που λέγεται “κυτταρική μηχανή”, η οπτική γωνία άλλαξε. Όλο και πιο συχνά, το επιστημονικό κοινό του τοποθετεί το DNA σε ρόλο αν όχι κομπάρσου τουλάχιστον συμπρωταγωνιστή. Η εκτόπιση ενός πρώτου ονόματος επί σκηνής για πάνω από πενήντα χρόνια, ήρθε από μια σειρά δεδομένων ενός καινούργιου παρακλαδιού της βιολογίας, της επιγενετικής. Το πιστεύω της; Τα γονίδια δεν αρκούν για να εξηγήσουν πώς ένας οργανισμός χτίζεται ή πώς θα εξελιχθεί μέσα στη ζωή του. Λίγο πιο επιστημονικά, η επιγενετική μελετάει τη σημασία των «μη κλασσικών» κληρονομικών αλλαγών στην λειτουργία των γονιδίων: αυτών δηλαδή που δεν προέρχονται από κάποια αλλοίωση της αλληλουχίας του DNA.

Να σας δώσω δυο διευκρινιστικά παραδείγματα.

Έχω δυο πολύ καλές φίλες, τη Βάσω και την Κατερίνα, πραγματικές δίδυμες. Η μία είναι στη κυριολεξία ο κλώνος της άλλης. Πάντα επιδίωκαν την διαφοροποίηση μεταξύ τους και την προσωπική αναγνώριση. Στα δέκα χρόνια που τις ξέρω, το έχουν καταφέρει. Παρόλη την αδιαμφισβήτητη ομοιότητα τους (!), δεν μοιάζουν τόσο πλέον. Ξεκίνησαν τη ζωή τους, και θα την τελειώσουν, με την ίδια γενετική κληρονομιά. Με το πέρασμα του χρόνου θα βρεθούν αντιμέτωπες με διαφορετικό περιβάλλον που δεν θα επιδράσει με τον ίδιο τρόπο στην κάθε μια τους, σε επίπεδο εμφάνισης, συμπεριφοράς, ευπάθειας σε νόσους. Οι φίλες μου είναι δηλαδή ίδιες γενετικά και ανόμοιες επιγενετικά.

Πάμε στα κύτταρά μας. Α priori, καθένα από αυτά έχει το προσωπικό μας γονιδιακό φορτίο. Το μεταφέρει ανέπαφο κατά τις κυτταρικές διαιρέσεις και είναι ίδιο για όλα τα κύτταρα του σώματός μας. Πού εστιάζεται λοιπόν η διαφορά μεταξύ π.χ. ενός λεμφοκυττάρου και ενός κυττάρου του δέρματος; Πώς ενώ έχουν το ίδιο γενετικό υλικό, ορισμένα γονίδια ενεργοποιούνται σε συγκεκριμένα κύτταρα και παραμένουν αποσιωπημένα σ’ άλλα, έτσι ώστε να έχουμε διαφορετικές λειτουργίες ανά τύπο κυττάρου; Σίγουρα όχι στα γονίδια, αυτά καθ’ αυτά, αλλά σε παράγοντες που θα καθορίσουν το πως θα «διαβαστεί» το DNA. Αυτοί είναι οι επιγενετικοί παράγοντες. Αν συγκρίνουμε το DNA με μια μουσική παρτιτούρα, το επιγενετικό στοιχείο δρα σαν τον διευθυντή ορχήστρας που ελέγχει την ερμηνεία, δηλαδή την κατάσταση «ενεργό» ή «αποσιωπημένο»(on-off) των γονιδίων. Κάτι σαν ένας επιλεκτικός διακόπτης της λειτουργίας γονιδίων με επιπλέον χαρακτηριστικό τη διαχρονική μνήμη, εφόσον η πληροφορία διατηρείται σε κάθε κυτταρική διαίρεση.

Ο πιο γνωστός και μελετημένος επιγενετικός παράγοντας είναι αυτό της μεθυλίωσης του DNA, όπου η βάση κυτοσίνη «στιγματίζεται» με την προσθήκη ενός μορίου μεθυλίου. Η μεθυλιωμένη κυτοσίνη αντιστοιχεί συνήθως σε μια μορφή «κλειστή» της χρωματίνης και στην αποσιώπηση γονιδίων ενώ τα ενεργοποιημένα γονίδια δεν είναι συνήθως μεθυλιωμένα. Το προφίλ μεθυλίωσης γονιδίων μεταφέρεται κατά την κυτταρική διαίρεση και αλλάζει κατά την διάρκεια της ζωής. Οι δίδυμες φίλες μου έχουν έτσι διαφορετικά «σημαδεμένο» DNA και όσο προχωράνε σε ηλικία τόσο μεγαλύτερη διαφοροποίηση θα έχουν. Είναι το λεγόμενο «epigenetic drift» που παρατηρείται με την ηλικία.

Άλλος σημαντικός παράγοντας είναι αυτός της τρισδιαστατής δομής του DNA. Στην διαδικασία συμπίεσης του DNA στον πυρήνα, η διπλή έλικα τυλίγεται γύρω από «πρωτεϊνικές χάνδρες» (οι ιστόνες), και κατόπιν τυλίγονται περαιτέρω για να δημιουργήσουν μια συμπιεσμένη τρισδιάστατη δομή, την χρωματίνη. Περιοχές πιο συμπιεσμένες θα επιτρέπουν λιγότερη πρόσβαση στο οπλοστάσιο μεταγραφής. Αντίθετα πιο «ανοικτές» περιοχές θα είναι πιο προσπελάσιμες. Ο βαθμός συμπίεσης καθορίζεται όχι μόνο από ποιες «χάντρες» χρησιμοποιούνται αλλά και από τις αλλοιώσεις που μπορούν να υποστούν με την προσθήκη ή την αφαίρεση μικρών χημικών μορίων ακόμα και μεγαλύτερων πρωτεϊνικών ομάδων. Για παράδειγμα, τα γονίδια που σχετίζονται με ακετυλιωμένες ιστόνες είναι συνήθως ενεργοποιημένα. Με άλλα λόγια, η δομή επιδρά πάνω στην επιλογή των γονιδίων που θα ενεργοποιηθούν.

Τέλος, έχουμε το RNA. Μέχρι πρότινος νομίζαμε ότι ο ρόλος του ήταν αυτός του αγγελιαφόρου της γενετικής πληροφορίας, από το DNA στον πυρήνα του κυττάρου, στα εξωπυρηνικά σημεία μετάφρασης και παραγωγής πρωτεϊνών. Τα πράγματα είναι όμως πιο σύνθετα. Δυο τύποι RNA φαίνεται να παίζουν ρόλο σε επιγενετικό επίπεδο. Είναι συγκεκριμένα μικρό RNA (siRNA "silent") αλλά και μεγάλα RNA (RNAnc “non coding”), που έχουν την δυνατότητα να ρυθμίσουν επιλεκτικά την μετάφραση ή όχι ορισμένων γονιδίων. Προέρχονται από τις τεράστιες περιοχές του DNA που είχαν χαρακτηριστεί αρχικά ως DNA σκουπίδι (“junk DNA”) επειδή ναι μεν μεταγράφονται σε RNA, αλλά δεν μεταφράζονται σε πρωτεΐνη.

Όλοι αυτοί οι μηχανισμοί διαμορφώνουν την γονιδιακή έκφραση και υποστηρίζουν «περίεργα» φαινόμενα όπως είναι η αποσιώπηση του δεύτερου Χ χρωμοσώματος στα θηλυκά θηλαστικά, ή το γονεïκό αποτύπωμα (parental imprinting) όπου η έκφραση ορισμένων γονιδίων εξαρτάται από το αν κληρονομήθηκε από τον πατέρα ή την μητέρα. Άλλα παραδείγματα είναι ο ρόλος της διατροφής της κυοφορούσας μάνας στο μελλοντικό διαβήτη του παιδιού της, η εκδήλωση της σχιζοφρένειας, η ανάπτυξη του αυτισμού ή του καρκίνου, τα οποία και τονίζουν τη σημασία της επιγενετικής πληροφορίας.

Η γενετική γεννήθηκε από την ανάγκη να εξηγηθεί η επικράτηση χαρακτηριστικών δια μέσου των γενεών. Με την επιγενετική γίνεται μια καινούρια πλαισίωση του θέματος όπου οι παράμετροι χρόνος και χώρος κάνουν την εμφάνισή τους. Έτσι, το λεπτό σύστημα ενεργοποίησης και αποσιώπησης γονιδίων, προσθέτει μια πλαστικότητα στο μέχρι πρότινος μονοδιάστατο και στατικό μόριο DNA. Είναι σαν να βασιζόμασταν πριν σ’ ένα τηλεφωνικό κατάλογο μιας πόλης για να μάθουμε γι’ αυτήν. Πληροφορίες για τον αριθμό των κατοίκων, την διεύθυνσή τους, το επάγγελμα τους είναι μεν χρήσιμες αλλά χάνουμε κάθε πληροφορία για την λειτουργία της πόλης.

Θα συνεχίσουμε να χρησιμοποιούμε το DNA σαν εργαλείο π.χ. για διάγνωση ή ταυτοποίηση προδιάθεσης σε πάθηση. Αλλά η επιγενετική προσέγγιση διαφαίνεται μοναδική σε πληροφορία για να εξηγήσει τα «ανεξήγητα» της γενετικής, τις επιπτώσεις του περιβάλλοντος ή της διατροφής στο σώμα και στην υγεία μας, ακόμα και να δώσει τις πληροφορίες για τον σχεδιασμό μιας θεραπευτικής αγωγής στα προσωπικά μέτρα του ασθενή. Αν μη τι άλλο, η επιγενετική είναι ένας χρήσιμος οδηγός για την κατανόηση της πολυπλοκότητας του έμβιου.

17 σχόλια:

  1. ως τωρα δηλαδή η βιολογία ειχε μια συστημική προσέγγιση- εστιαζόμενη στον οργανισμό και τώρα γινεται πιο ..ολιστική ?
    τωρα ψάχνουμε να ορισουμε τους τροπους που επιδρα ο,τι εκτος DNA στην εκδηλωση παθήσεων ?
    ομως παντα δεν ισχυε οτι παιζουν ρολο τα γονιδια ΚΑΙ το περιβαλλον?
    τι αλλαξε τώρα? οτι το εχουμε προσδιορισει?

    23andme? εκτος των αστρολογικών χαρτών ο Ταυρος θα πρεπει να τσεκαρει και τον γενετικό χαρτη του Τοξότη...Η τελευταια δεκαετία με εχει πεισει οτι τα επομενα χρονια
    θα υπαρχει περισσοτερο " επιστημονισμός " στην καθημερινότητα μας.
    Μετά τιμής

    ΑπάντησηΔιαγραφή
  2. Καλημέρα Mondouble,
    Θα αρχίσω από το τέλος.
    Το 23andMe είναι μια αμερικάνικη βιοτεχνολογική εταιρεία (https://www.23andme.com/), στην οποία μπορείς να δώσεις υλικό (λίγα κύτταρα από το επιθήλιο του στόματός σου), ώστε να αναλυθεί το DNA σου και να μάθεις πληροφορίες όπως προδιάθεση σε ορισμένες παθήσεις.
    Με την επιγενετική, έχουμε έναν τρόπο επιπλέον να κοιτάξουμε το έμβιο, να καταλάβουμε καλύτερα τους λεπτούς μηχανισμούς ενεργοποίησης και αποσιώπησης γονιδίων, πράγμα που μας διαμορφώνει. Εισάγει μια διάσταση «χρόνου και χώρου», εφόσον η προσωπική μας ιστορία (π.χ. τι τρώμε, αν καπνίζουμε κτλ) αφήνει ένα κληρονομικό αποτύπωμα. Κληρονομικό γιατί η αλλαγή (που δεν είναι στο κώδικα (ATCG) αυτό καθ’ αυτό) μεταφέρεται κατά την κυτταρική διαίρεση, και μας ακολουθεί στη ζωή μας, αλλά καμιά φορά μεταφέρεται από γενεά σε γενεά. Έτσι δεν ξεκινάμε με κάτι τελειωμένο μια για πάντα (το γενετικό μας υλικό), αλλά με ένα φορτίο που διαμορφώνεται.
    Δεν αλλάζουμε λοιπόν τίποτα, δεν χάνουμε ή κερδίζουμε σε επιστημονικότητα, όλα έγκυρα παραμένουν, απλώς κοιτάζουμε και με άλλους φακούς.
    Je reconnais que mon texte n’etait pas evident... Merci d’avoir fait l’effort.

    ΑπάντησηΔιαγραφή
  3. @Mondouble,
    Δες κα αυτό το σημερινό σύντομο άρθρο του Monde, για τη 23Andme.
    http://www.lemonde.fr/web/depeches/0,14-0,39-37026016@7-37,0.html

    ΑπάντησηΔιαγραφή
  4. -δεν ειχα καταλαβει το ρολο του περιβαλλοντος, πως επηρεαζει ... αλλα βλεπω οτι κυριολεκτικα ΑΛΛΑΖΕΙ και κατι Κληρονομειται επισης.
    -σκεφτηκα τη λεξη επιστημονισμό για δοσεις καθημερινης επιστημης στην πραξη, που πιστευω οτι θα χρησιμοποιουμε ευρυτερα σε λιγα χρονια . σκεφτομαι οτι παλιοτερα,πχ, μιλουσαμε για τις τροφες και περιοριζομασταν στην πληροφορια κανει καλο ή οχι. Πια πλφ σχετικα με διατροφικη αξια, αλληλεπισραδη τροφων κτλ ειναι οικεια στους περισσοτερους και αν ακομη δεν κατανοουμε πληρως πως ισχυουν τη χρησιμοποιουμε.
    το 23andme μου φαινεται φιλικό με τον τελικό χρηστη, σα να ενθαρρυνει τον ενδιαφερόμενο να κατανοησει και προβλεψει και οχι απλα να παρει ενα αποτελεσμα. changement de paradigme?
    -j apprécie bien, ton texte est clair c'est moi qui met longtemps à comprendre

    ΑπάντησηΔιαγραφή
  5. Eίναι στιγμές σαν κι αυτή που η επίθεση των -omics υπό τη μορφή data overflow με αγχώνει.Είναι γεγονός πώς το DNA σαν ο απόλυτος ρυθμιστής της τύχης των κυττάρων, όπως θεωρούνταν πριν 40 χρόνια,αρχίζει και μοιράζεται τη θέση του (όχι δεν τη χάνει) με το περιβάλλον,το RNA,τη ροή άνθρακα στα μεταβολικά δίκτυα,τη ρύθμιση σε όλα τα επίπεδα αντιγραφής/μεταγραφής/μετάφρασης της πληροφορίας και πάει λέγοντας.

    Και αυτό μας δίνει ένα πολύ σημαντικό μάθημα.Δεν μπορούμε να κοιτάζουμε τη βιολογία των κυττάρων μονοδιάστατα ή μονοσήμαντα.Είναι ένα τεράστιο δίκτυο αλληλεπιδράσεων στο χώρο και τον χρόνο, όπως πολύ εύστοχα λες.Και μερικές φορές είναι απλά μαγευτικό πώς χωράει ένας γιγαντιαίος μηχανισμός σαν κι αυτόν σε μερικά μικρόμετρα (ένα εκατομυριοστό του μέτρου) με βασικό στόχο τη διαιώνιση της γενετικής πληροφορίας με κάθε τρόπο.

    Το άρθρο σου για την επιγενετική είναι από τα πιο πλήρη σου.Συγκεκριμένη πληροφορία και όμορφα δωσμένη ακόμη και γι αυτούς που δεν ασχολούνται με τη βιολογία.
    Και κλείνοντας να πω ότι είναι γεγονός όπως λέει και η chezmondouble (αμάν με τα γαλλικά σας) ότι οι σημερινές συνθήκες απαιτούν να μη σταματάμε να μαθαίνουμε.Από φυσική και βιολογία μέχρι τέχνες και φιλοσοφία...data overflow και όποιος αντέξει.

    Την καλημέρα μου

    ΑπάντησηΔιαγραφή
  6. @Mondouble.
    Θα σου πω άλλη μια ιστοριούλα αφού σου αρέσουν, παράδειγμα για την επιρροή του περιβάλλοντος στην κληρονομικότητα. Μια σουηδική μελέτη έδειξε το 2002 (αν θυμάμαι καλά) ότι ένας άνθρωπος επηρεάζεται από τον τρόπο διατροφής των πρόγονων του. Συνοπτικά, σε κατοίκους η ερευνητική ομάδα έδειξε ότι αν ένας άρρεν πρόγονος από ένα χωριό (~300 άτομα), είχε υποφέρει στην εφηβεία του από κακή διατροφή βλέπε πείνα, οι άρρεν απόγονοι του κληρονομούσαν μια ανθεκτικότητα σε καρδιοαγγειακά νοσήματα και στο διαβήτη! Αντίθετα, αν ο πρόγονος είχε χαρεί πλούσια τροφή (και δεν είχε πεινάσει) οι απόγονοι του είχαν 4 φορές μεγαλύτερη πιθανότητα να πάθουν διαβήτη…

    ΑπάντησηΔιαγραφή
  7. @Βιολόγος.
    Επιτέλους, ένας συνάδελφος εκφράστηκε (αυτό δεν ήταν νύξη για την Mondouble φυσικά, αλλά για τους σιωπηλούς μου συναδέλφους χεχεχε). Σκεφτόμουν πώς να σου απαντήσω…αφού σε ευχαριστήσω πρώτα για το ωραίο σχόλιο σου …και κατέληξα σε μια ερώτηση. Με την επιγενετική φαίνεται να έχουμε το φαινότυπο/ περιβάλλον να επηρεάζει την κληρονομικότητα σε επίπεδο σωματικό αλλά και σε ορισμένες περιπτώσεις μεταξύ γενεών και σε ρυθμό γρήγορο αφού μπορεί να είναι από μια γενιά στην άλλη πάνω κάτω. Συνδυάζεται ο Darwinism και η επιγενετική; Νεκρανασταίνεται ο Lamarckισμός και χορεύουν οι φίλοι του οι μαρξιστές βιολόγοι και πολιτικοί; Σε πειράζω, αλλά αφού μίλαγες πρόσφατα για εξέλιξη είπα να το τολμήσω. Τι σόι melting pot θεωριών θα έχουμε δεν ξέρω.

    ΑπάντησηΔιαγραφή
  8. Ω ναι ! εκτος απο το να κανω ερωτησεις μου αρεσει να παρακολουθω τις ερωτησεις -και απαντησεις των ειδικών;-)

    και μια σφηνα:μολις ακουω στις ειδησεις για την επιδραση της κτηνοτροφιας στο περιβαλλον (χιχι το ξερω ηδη απο προηγουμενο σου ποστ)
    je vous laisse discuter(σας αφηνω να τα πειτε, βιολογε)
    καλη εβδομάδα

    ΑπάντησηΔιαγραφή
  9. μου φαινεται τοσο μαγικο αυτο το dna μας..

    ΑπάντησηΔιαγραφή
  10. πολυ ευχαριστηθηκα να διαβαζω τα τελευταια νεα για το dna μας, phd!

    ΑπάντησηΔιαγραφή
  11. @Leila και Maria λεμονατη!
    Salut les filles!
    Ευχαριστώ για την υπομονή και το ενδιαφέρον σας! Θα διαλέξω για επόμενο θέμα κάτι πιο προσιτό και ελαφρύ...Να΄στε καλά.

    ΑπάντησηΔιαγραφή
  12. το παρακατω το βρηκα στην ανακοινωση ενος συνεδριου με τιτλο "PROGRAMMING AND EPIGENETICS". Το οργανωνει η SOCIETE DES NEUROSCIENCES και γινεται στο Université de Lille 1- USTL στις 15-16 December 2008.

    Με βοηθησαν πολυ οι πληροφοριες που πηρα απο το κειμενο σου!

    The activity of non-genetic factors early in life that result in the permanent organization or imprinting of physiological systems is known as perinatal "programming". These epigenetic insights offer new therapeutic avenues for exploration. Epigenetics also provides a means by which genetic material can respond to changing environmental conditions. The environment can thus prompt epigenetic changes that affect future generations. Stressors occurring during critical periods of development such as perinatal life may thus play on those epigenetic mechanisms, changing the phenotype of an individual. Epigenetic gene regulation through DNA methylation and histone modifications has been shown to be a crucial mechanism for the development and function of the nervous system, ranging from cell differentiation to neuronal plasticity, from learning and memory to behaviour. Consequently, the deregulation of the epigenome could be associated with various neuropsychiatric disorders.

    ΑπάντησηΔιαγραφή
  13. Τι ευχάριστη έκπληξη!
    Καλό απόγευμα.

    ΑπάντησηΔιαγραφή
  14. δεν ειναι φανταστικες αυτες οι συμπτωσεις; με το που ακους κατι ερχεται και κατι αλλο να συμπληρωσει την πληροφορια!

    ΑπάντησηΔιαγραφή
  15. Le jeu du hasard, toujours interessant...χωρίς να βλέπουμε αναγκαστικά συσχετίσεις και κρυφά νοήματα εκεί που δεν υπάρχουν.

    ΑπάντησηΔιαγραφή