SiNAPSA, nedelja, 30. april 2017

eSiNAPSA

Spletna revija za znanstvenike, strokovnjake
in nevroznanstvene navdušence

Kako je epigenetika spremenila nevroznanost

Metka Ravnik Glavač

Epigenetika (epi- pomeni zunaj) je področje molekularne biologije, ki proučuje spremembe v izražanju genov organizma, ki niso neposredno povezane s spremembami v zaporedju nukleotidov v molekuli DNA. Predstavlja spoznanje, da lahko na izražanje genov vplivajo tudi dejavniki okolja, ne da bi se pri tem moral spremeniti zapis DNA.

Epigenetski procesi so aktivni v času celične diferenciacije, lahko trajajo preko več procesov delitve celice, v določenih primerih pa postanejo tudi stabilni, tako da se lahko prenašajo med-generacijsko in so tako lahko tudi dedni. Ta spoznanja vodijo do predpostavke, da zunanji vplivi v eni generaciji lahko vplivajo na fenotip naslednje generacije, kar je nekako v soglasju z idejo lamarkizma 1. Gensko izražanje je preko epigenetskih modifikacij uravnavano na številnih nivojih. Epigenetske modifikacije vključujejo remodeliranje kromatina, postranskripcijske modifikacije histonov in metilacijo DNA. Pri tem sodeluje na stotine različnih proteinov in encimov ter nekodirajočih RNA molekul. Od epigenetskih procesov je najbolj raziskana metilacija DNA.

Spremenjen nivo metilacije na področjih CpG otočkov v genomu, so povezali s številnimi boleznimi pri človeku, kot so rak, bolezni imunskega sistema, metabolne motnje, nevrodegenerativne bolezni, pa tudi s staranjem, ki ga pospeši dolgotrajno stresno življenje 2 3 4. Mi in tudi drugi raziskovalci 5 6 7 8 9 pa smo poročali o hitrih statistično značilnih spremembah v izražanju številnih genov v krvi meditatorjev po meditaciji. Geni, ki so bili spremenjeno izraženi, so vključeni v številne biološke procese in biološke poti, ki vključujejo metabolne poti, imunski sistem, apoptozo, prenos signalov, aktivacijo genetskih mehanizmov dolgoročne potenciacije, odgovor na stres.

Številni geni, ki sodelujejo v epigenetskih procesih, so bili po meditaciji statistično značilno spremenjeno izraženi. Med njimi je naprimer gen BAZ1, ki kodira protein, ki je član družine proteinov, ki remodelirajo kromatin, pa podobno tudi geni družine CHD, ki spremenijo izražanje drugih genov, s tem, da spremenijo strukturo kromatina in s tem dostopnost transkripcijskega aparata do molekule DNA. Metilacija CpG otočkov v molekuli DNA je epigenetska modifikacija, ki vpliva na izražanje genov in je zato pomembno vključena v diferenciacijo, razvoj, staranje. Ta metilacija vpliva tudi na to, kako nevroni prilagodijo transkripcijo svojih genov na razvoj in vpliv okolja 10.

Načeloma so geni, katerih promotorji so manj metilirani, bolje izraženi. Gen DNMT3A, ki kodira DNA metiltransferazo, ki je domnevno odgovorna za de-novo metilacijo DNA, je bil po meditaciji manj izražen. Podobno so bili po meditaciji manj izraženi geni HDAC (HDAC2 in HDAC9), ki kodirajo družino histonskih deacetilaz. Histonske deacetilaze delujejo tako, da tvorijo multiproteinske komlekse in so odgovorne za deacetilacijo lizinskih ostankov na N-terminalnem delu histonov in tako preko epigenetskih mehanizmov uravnavajo izražanje genov tudi v procesu razvoja in vzdrževanja živčnega sistema10. V slučaju, da spremenjena epigenetska značilnost postane dolgotrajna ali stalna, obstaja potencialna možnost, da se prenese tudi v naslednjo generacijo.

    ___
  1. Daxinger L, Whitelaw E. Transgenerational epigenetic inheritance: more questions than answers. Genome Res. 2010;20(12):1623-8. 

  2. Zoghbi HY, Beaudet AL. Epigenetics and Human Disease. Cold Spring Harb Perspect Biol. 2016;8:a019497 

  3. Horvath S. DNA methylation age of human tissues and cell types. Genome Biol. 2013;14:R115. 

  4. Zannas AS, Arloth J, Carrillo-Roa T, Iurato S, Röh S, Kerry J, Ressler KJ et al. Lifetime stress accelerates epigenetic aging in an urban, African American cohort: relevance of glucocorticoid signaling. Genome Biology (2015);16:266. 

  5. Ravnik-Glavac M, Hrasovec S, Bon J, Dreo J, Glavac D. Genome-wide expression changes in a higher state of consciousness. Conscious Cogn. 2012;21(3):1322-44. 

  6. Sharma H, Datta P, Singh A, Sen S, Bhardwaj NK, Kochupillai V, et al. Gene expression profiling in practitioners of Sudarshan Kriya. J Psychosom Res. 2008;64(2):213-8. 

  7. Qu S, Olafsrud SM, Meza-Zepeda LA, Saatcioglu F. Rapid gene expression changes in peripheral blood lymphocytes upon practice of a comprehensive yoga program. PLoS One. 2013;8(4):e61910. 

  8. Bhasin MK, Dusek JA, Chang BH, Joseph MG, Denninger JW, Fricchione GL, et al. Relaxation response induces temporal transcriptome changes in energy metabolism, insulin secretion and inflammatory pathways. PLoS One. 2013;8(5):e62817. 

  9. Kaliman P, Alvarez-Lopez MJ, Cosin-Tomas M, Rosenkranz MA, Lutz A, Davidson RJ. Rapid changes in histone deacetylases and inflammatory gene expression in expert meditators. Psychoneuroendocrinology. 2014;40:96-107. 

  10. Riccio A. Dynamic epigenetic regulation in neurons: enzymes, stimuli and signaling pathways. Nat Neurosci. 2010;13(11):1330-7. 

prof. dr. Metka Ravnik Glavač

Sprejeto: marec 2016
Objavljeno: marec 2016