Natuurwetenskappe-gesprek: genetika en die omgewing

  • 0
Zané Lombard gesels met Vanessa O'Neill, Gerrit Koorsen en Liza Bornman oor hulle LitNet Akademies-artikel "Epigenetika: die skakel tussen genetika en omgewing"

Soos aangedui in u artikel, is daar reeds goeie bewyse dat transgenerasie epigenetiese oorerflikheid kan plaasvind in plante en diere. Hoekom is dit so moeilik om dieselfde bewyse in mense vas te stel?

Om metastatiese epi-allele te ontdek in die mens is baie moeilik, grootliks as gevolg van die feit dat ons geneties so ’n diverse populasie is. Dit is dus moeilik om fenotipiese variasie alleenlik op grond van epigenetiese veranderinge te identifiseer. Een manier om hierdie genetiese variasie te verdoof is deur monosigotiese (MS-) tweelinge te bestudeer en vir epigenetiese verskille te soek tussen die tweelingpaar. Tog word selfs MS-tweelinge se genetiese identiteit in twyfel getrek ná Bruder et al (American Journal of Human Genetics, 2009) bewys het dat daar ’n hoë graad van kopienommervariasie tussen MS-tweelinge bestaan. Sodoende is ons huidige begrip van transgenerasie epigenetiese oorerflikheid merendeels gebaseer op die muis-model.

U verduidelik in die artikel dat omgewingsfaktore (soos dieet en leefstyl) geenuitdrukking kan beïnvloed in die ongebore fetus. Kan die proses teruggedraai of verander word deur ander, goedgunstige faktore (soos ’n gesonde dieet of geen-terapie) ná die baba gebore is?

Studies wat gedoen is deur navorsers verbonde aan die Douglas Hospital Research Centre in Montreal, Kanada, dui op die omkeerbaarheid van epigenetiese merke gedurende die volwasse lewe. Die moedersorg wat ’n jong rotjie ontvang, het ’n direkte effek op die streshantering van dieselfde rot as volwassene – ’n proses wat deur DNS-metilering van die hippokampus ekson 17 glukokortikoeïed-reseptor-promotor gemoduleer word. Alhoewel die DNS-metilering stabiel is deur die rot se groei en ontwikkeling tot volwassene, het die Kanadese span aangetoon dat hierdie merke in die volwasse rot omgekeer kan word deur S-metionien-infusie (Weaver et al, Journal of Neuroscience, 2005). Epigenetiese terapie is dus ’n daadwerklike toekomstige behandelingsmoontlikheid.

Hoe lank dink wetenskaplikes neem dit vir ’n omgewingsfaktor (byvoorbeeld dieet of blootstelling aan besoedeling) om iemand se epigenetika-profiel te verander?

Die omvang en periode van verandering hang waarskynlik af van die tipe blootstelling en modifikasie. DNS-metilering in die agoeti-muis vind byvoorbeeld plaas voor inplanting van die embrio in die baarmoeder en word dus oor ’n relatief kort tydperk neergelê. Dit is egter moontlik dat ander modifikasies, wat ’n impak het op ontwikkeling tot volwassenheid, langer sal neem om vasgelê te word en dat die meganismes betrokke by veroudering selfs nog langer neem. Nietemin is die effek van hierdie modifikasies blywend sodra dit gevestig is (maar sien die bevindinge van Weaver et al hier bo).

Die navorsing van Pembrey en Bygren dui daarop dat individue wat wanvoeding in hulle kindertyd ondervind het, se kleinkinders se gesondheid beïnvloed word. Is daar ’n verklaring vir hoekom hierdie effek in die kleinkinders (eerder as die direkte nasate, die kinders) gesien word?

In die konteks van genetika word sulke effekte, waar ’n kenmerk oënskynlik ’n generasie “oorslaan”, geassosieer met onvolledige dominansie en resessiewe gene. Dit is moontlik dat die effekte van epigenetiese oorerwing soortgelyke funksionele patrone volg, maar meganisties is daar tans geen verklaring hiervoor nie. Soos ons kennis van epigenetiese prosesse toeneem, sal daar lig op die onderwerp gewerp word.

Daar is deesdae heelwat fokus op die bestudering van DNS-metilering, en die navorsingsveld groei dus baie vinniger as ander epigenetika-verwante navorsing. Daar is dus heelwat bewyse dat DNS-metilering ’n persoon se geenuitdrukking kan beïnvloed, maar watter epigenetiese meganisme beïnvloed oorerwing en geen-uitdrukking die meeste?

Dit is moeilik om te kan sê watter epigenetiese modifikasie die grootste invloed het, aangesien dit so moeilik is om histoonmodifikasies in klein monsters, soos voorinplantingsembrio’s, te bestudeer en dus hul rol in herprogrammering te verstaan. Op hierdie stadium weet ons heeltemal te min oor chromatienverwante veranderinge en niekoderende RNS om te kan sê watter epigenetiese meganisme die grootste gewig dra. Ons gevoel is egter dat dit die kombinasie van meganismes is, eerder as ’n enkele een.

Hoekom word die ingeprente epigenetiese merke in die genoom nie gedemetileer tydens gametogenese nie? Wat is die doel van ingeprente epigenetiese merke in die genoom?

Inprenting word gebruik deur soogdiere om geen-dosering te reguleer, dws om die aantal aktiewe kopieë van ’n geen te bepaal. Alhoewel die evolusionêre oorsprong van inprenting nie seker is nie, het die proses heel waarskynlik ontwikkel uit die stilmaak van transposons (DNS-fragmente wat kan “rondspring” in die genoom) om sodoende die genoom teen hierdie elemente te beskerm. Hierdie idee word gestaaf deur die feit dat ingeprente gene dikwels ryk is aan transposons; snaaks genoeg is dit ’n studie van die eendbekdier- (platypus-) genoom wat tot hierdie afleiding gelei het (Pask et al, Genome Biology, 2009).

U wys daarop dat wanneer omgewingsfaktore die epigenoom beïnvloed, die verandering gefokus is in die spesifieke weefselselle wat geaffekteer word (soos die voorbeeld op bl 48 van breinweefsel wat geaffekteer is in selfmoordgevalle waar die betrokke persone as kinders mishandel is). Heelwat epigenetika-navorsing word gedoen op selle wat maklik bekombaar is (soos bloed- of epiteelselle). Is daar bewyse dat ons kan aanneem dat wat in hierdie selle waargeneem word, verteenwoordigend is van ’n ander weefsel-spesifieke bevolking?

Die epigenoom verskil in verskillende selle en dit is juis hierdie verskil in die epigenoom wat daartoe lei dat verskillende gene aan- en afgeskakel is in verskillende weefsels en uiteindelik bydra tot die fenotipe van die weefsel. Ons kan dus nooit aanneem dat ’n hipergemetileerde geen in keratinosiete (selle in die vel) dieselfde profiel toon as ’n monosiet (’n tipe witbloedsel) nie. Merendeels kan ons nie aanneem dat alle selle in die volwasse liggaam in dieselfde mate blootgestel sal word aan ’n chemiese stof of toksien nie. Nog minder kan ons aanneem dat verskillende selle dieselfde sensitiwiteit daarop sal toon nie. Dus is dit veiliger om aan te neem dat epigenetiese veranderinge weefsel- spesifiek is.

Die resultate van die Encyclopedia of DNA Elements- (ENCODE-) projek is onlangs bekendgestel, en bied ’n opwindende insig in die funksionele elemente wat die werking van die menslike genoom beïnvloed. Is daar enige hoogtepunte van die ENCODE-projek wat spesifiek ons begrip van epigenetika verbreed?

Beslis. ENCODE saam met die USCS Genome Browser bied vrylik beskikbare data oor histoonmodifikasies in spesifieke sellyne, niekoderende RNS en genoomwye metileringsdata aan. Hierdie bio-informatiese platforms wat beide eksperimentele en beweerde data aan wetenskaplikes wêreldwyd beskikbaar stel, verbreed ons kennis oor hoe ons genoom werk, eerder as hoe die genoom lyk. ENCODE wys dat 80% van ons genoom biochemiese funksie het en steun die feit dat daar nie so iets soos “onsin”-DNS bestaan nie.

  • 0

Reageer

Jou e-posadres sal nie gepubliseer word nie. Kommentaar is onderhewig aan moderering.


 

Top