Öröklődés nem hétköznapi módon

A genetikusok a géneket kutatják, nem létezik azonban olyasmi, hogy "epigén", ami az epigenetikusok munkájának tárgya lehetne. Ennek ellenére az elmúlt egyetlen évben több mint 2500 tudományos közlemény és számtalan konferencia foglalkozott az úgynevezett epigenetikával, sőt egy új szaklap is indult a témában. A szakterület a modern biológia legérdekesebb aktuális kérdéseit érinti, a népszerűsítő sajtó pedig úgy tekint a területre, mint ami forradalmasítja a tudományt, megcáfolva az elképzelést, mely szerint génjeink egyértelműen meghatároznak bennünket. Mi is valójában az epigenetika?

Léteznek tudományos szakkifejezések, melyek egészen eltérő fogalmat jelölnek a különböző szakterületek művelői számára. Az epigenetika kivételes példa erre a jelenségre, ugyanis a különböző jelentések gyökere is egészen eltérő. Conrad Waddington fejlődésbiológus definíciója szerint az epigenezis annak a vizsgálata, ahogyan az egyedfejlődés során a genotípus (a génekben kódolt információ) átfordítódik fenotípussá (a látható, tapasztalható tulajdonságokká). Ezzel szemben Arthur Riggs molekuláris genetikus és munkatársai szerint az epigenetika nem más, mint "azok az ... átörökíthető változások a gének funkciójában, melyek nem fejeződnek ki a DNS-szekvenciában". Más szavakkal: öröklődés, de nem hétköznapi módon.

A klasszikus példa: DNS-metiláció

Az epigenetikus öröklődés molekuláris alapjait mostanra egy sor élőlényben tanulmányozták. Az úgynevezett DNS-metilációs rendszer - a DNS-hez metilcsoport nevű egyszerű molekulák kapcsolódnak, amelyek egy meghatározott mintázatot alkotnak - közelíti meg leginkább az ideális epigenetikus mechanizmust, ugyanis ezekben az esetekben a változások kellő pontossággal és gyakorisággal át is öröklődnek egyik sejtről a másikra, sőt néha egyik szervezetről a másikra is. Szép példája ennek az a jelenség, amelyet Robin Holliday angol genetikus epimutáció-nak nevezett el, és amit még Linné fedezett fel: a gyújtoványfű virága két változatban fordul elő. Létezik a kétoldali szimmetriájú vad típus és a sugaras szimmetriájú epimutáns változat. Ebben az epimutáns változatban a szimmetriáért felelős Lcyc nevű gén nem a szokásos módon mutálódik - vagyis a mutáció nem a DNS-szekvenciát érinti -, hanem a DNS-molekula metiláltsági mintázata adódik át generációról generációra.

Habár a laboratóriumi növények körében előforduló mutációk jó része hagyományos mutáció, mára már sikerült dokumentálni a generációkon átívelő epigenetikus változásra példát mind növények, mind gombák esetében. Állatoknál ezzel szemben csak igen érzékeny genetikai módszerek segítségével sikerült tetten érni az átöröklődő epigenetikus változások jelenlétét. Az egerek aguti lokusz-nak nevezett, a szőrszín kialakulásért felelős génje a legbehatóbban kutatott állati példa a DNS-metilációra. Genetikailag amúgy azonos alléleket (génváltozatokat) hordozó szülőknek különböző szőrszínű utódaik születhetnek, ha az aguti gének epigenetikai (metiláltsági) állapota különbözik a szülőkben.

Szerzett tulajdonságok átörökítése?

Annak ellenére, hogy állatok esetében viszonylag kevés jól dokumentálható példát ismerünk, a jelenség felkeltette a kutatók érdeklődését, ugyanis - elméletben legalábbis - a mechanizmus alkalmas stabil, ugyanakkor a környezet által módosítható változások továbbörökítésére. A lehetőség, hogy a szerzett tulajdonságok továbbörökíthetők lennének, visszahozza a lamarcki gondolatot, amelyet a genetika végérvényesen megcáfolni látszott. Egyszerűen (ám kevéssé szakszerűen) úgy is fogalmazhatunk, hogy a génjeinknek van "emlékezete". Az elmélet szerint a nagyszüleink által szívott levegő és elfogyasztott étel évtizedekkel később közvetlen hatással lehet ránk, még akkor is, ha magunknak nincsenek hasonló élményeink. Kérdés persze, hogy alá lehet-e kísérletesen támasztani ezeket a hangzatos elképzeléseket. A válasz úgy tűnik: igen.

Ikervizsgálatok

Több tudományos tanulmány is beszámolt már arról, hogy a környezeti tényezők vagy épp az öregedési folyamatok epigenetikus úton rajta hagyják a nyomukat a következő generációk fenotípusán. Az egyik ilyen munka egypetéjű (genetikailag azonos) ikreket vizsgált. Sokak számára az egypetéjű ikrek egyformasága minden kétséget kizáró módon bizonyítja a genetika környezeti hatásoktól független erejét. Ám az epigenetikusok figyelmét éppen azok az esetek keltik fel, amikor az egypetéjű ikrek mégsem tökéletesen azonosak, például nem teljesen egyezik a fogékonyságuk bizonyos betegségekre, vagyis előkerülnek az életkor előrehaladtával kialakuló epigenetikai különbségek. Úgy tűnik, hogy a fiatal egypetéjű ikrek hasonló DNS-metilációs mintázattal rendelkeznek, míg a kor előrehaladtával ez megváltozik. Lehetséges, hogy éppen a metilációs mintázatban rejlő különbségek vezetnek a betegségek iránti eltérő fogékonysághoz.

Generációs hatások

Egy vizsgálat felvetette annak lehetőségét, hogy az anya életmódja befolyásolhatja az utód genetikai állományának kémiáját. Már régóta ismert, hogy az anya életvitele a terhesség korai szakaszában komolyan visszahat az utódra, annak egész élete során. Ennek lehetséges mechanizmusát patkányok esetében sikerült is bizonyítani, mely szerint az anyai gondoskodás befolyásolja az úgynevezett glukokortikoid-receptor génjének metilációs állapotát. A szerzők feltételezése szerint megfelelő anyai gondoskodás hiányában lecsökken a gén metiláltsága, ami a receptor túltermeléséhez vezet az utód élete során. A feltételezett magyarázat azt sugallja, hogy a glukokortikoidok által közvetített stresszválaszok epigenetikus úton meghatározottak lennének.

A környezeti hatásoknak generációkon átívelő hatása is lehet emlősök esetében. A vizsgálatok alapján úgy tűnik, hogy a vinclozolin nevű vegyületnek nem csupán a kezelt állatban, hanem a következő nemzedékekben is ivarsejtképzést gátló hatása van. Ebben az esetben is feltételezhető a DNS-metiláció megváltozása, habár az emlősembriók sejtjei fejlődésük kezdeti szakaszában egy igen alacsony metiláltsági szintű szakaszon mennek át, így a metiláltság átörökíthetősége is veszélybe kerül.

Habár a mechanizmus(oka)t illetően bőven van még bizonytalanság, a fenti tanulmányok felhívták a figyelmet arra, hogy az epigenetikus hatásokon keresztül a környezetnek hosszú távú hatása lehet a viselkedésre és az élettani folyamatokra. Az idő eldönti majd, mennyire jelentősek ezek a hatások.