Autor: dr. Nermina Lamadema
Epigenetika izučava način na koji ćelije ‘čitaju’ gene, ali i način na koji geni podliježu ekspresiji te stoga bivaju prevedeni u proteine, što je zapravo ono što u konačnici kontrolira funkcioniranje tijela. Promjene su nasljedne i ne uključuju genetičku sekvencu te stoga obično radije govorimo o promjeni u fenotipu nego genotipu pojedinca.
Epigenetika je područje pod utjecajem nekoliko ključnih faktora, uključujući dob, okolinu, način života i stupanj bolesti. Najintezivnije izučavane epigenetske modifikacije su: DNK metilacija, histonski ‘kod’ i nekodirajuća RNK odgovorna za utišavanje gena. Ove modifikacije, uspostavljajući specifične obrasce genske ekspresije, utječu na način na koji se ćelije diferenciraju i razmnožavaju.
Dok genetski kod određuje način na koji se geni prevode u proteine, epigenetika utvrđuje kako su ovi geni izraženi. Ovo se postiže putem hemijskih oznaka metilnih i acetilnih grupa, koje se neprestano dodaju i uklanjaju sa DNK, i histona koji predstavljaju kalemove oko kojih se DNK umotava u ćelijskom jezgru za pohranu. Oznake utječu na način pakovanja DNK u jezgru, uključujući i isključujući tako određene gene zavisno od ćelijskih zahtjeva.
DNK metilacija koja je povezana sa utišavanjem gena javlja se uz dodavanje metilnih hemijskih oznaka na C5 ugljiku citozinskih baza. Tipični ljudski genom globalno ne sadrži mnoge od ovih oznaka, izuzev one za visoko ponavljajuće sekvence i virusnih gena, koje je nužno držati utišane unutar genoma. Druga područja su obično oslobođena metilacije, osobito takozvani ‘CpG otoci’, citozinom i guaninom bogati regioni DNK, bitni za genetičku regulaciju.
Ranije smo pomenuli da u slučaju kancera uočavamo kompletan preokret statusa DNK metilacije sa ponavljajućim retrovirusnim sekvencama, koje gube metilne oznake i područja regulacionog genskog promotora, koja dobivaju oznake. Važno je napomenuti i da DNK metilacija može potrajati i postati način za dugotrajno utišanje gena. Štaviše, ova oznaka može postati nasljedna, jer kako se ćelija dijeli, umnožava se i njena DNK, a time i njen metilacijski status. Na ovaj način se uspostavlja epigenetsko nasljeđe kroz generacije bez ikakave promjene na primarnoj DNK sekvenci.
U ranijim izdanjima smo razmatrali epigenetske načine posredovanog prenošenja obrazaca ponašanja i bolesti kod pojedinaca i kroz generacije, a sad bismo se usredotočili na aktuelna saznanja o načinu interakcije epigenetike i starenja.
Na ćelijskom nivou starenje se regulira procesom skraćivanja telomera. Telomere su kratke zaštitne kapice, koje se sastoje od DNK i proteina na kraju hromozoma koje nasljeđujemo od naših roditelja i koji služe kao satovi za starenje, budući da se skraćuju kako starimo. Kako se ćelije dijele, tako telomere postaju kraće i kraće, sve dok se ćelijska dioba konačno ne zaustavi, a ćelije uđu u fazu starosti. Oblast istraživanja telomera je vrlo aktivna, osobito iz razloga što su telomere odgovorne za kancer (telomere u ćelijama raka izbjegavaju skraćivanje i nikada ne umiru zbog inaktiviranih enzima telomeraze) te zbog potencijala da se skraćivanje telomera jednog dana može koristiti kao biomarker starenja.
Epigenetika starenja
Istraživanja u ovaj oblasti ukazuju na vrlo blisku povezanost specifičnih obrazaca metilacije sa starošću tijela. Čini se da se ‘metilom’ značajno mijenja kako starimo te da ima učinak na ekspresiju gena koja ne samo da počinje bivati haotična, što se obično ne uočava u mladosti, već jasne uočene promjene na genima postaju utišane u starosti, iako su bile aktivne u mladosti i obratno. I zaista, kada se analiziraju metilacijski obrasci bilo kojeg pojedinca, istraživači danas moraju uzeti u obzir dob osobe kao jedan od normalizacijskih obrazaca istraživanja. Doista smo dospjeli u doba kada samim gledanjem u metilacijski obrazac ćelija individue možemo odrediti njenu starosnu dob.
Ukoliko bi se čitatelj poželio više informirati o ovom uzbudljivom području istraživanja koje se odnosi na ono što neki zovu ‘epigenetski sat’, informativno polazište bi mu trebao biti rad znanstvenika Stevea Horvatha pod nazivom „DNK metilacijska starost ljudskih tkiva i ćelijskih tipova“ objavljen u časopisu Genome Biology 2013. godine.
Tvrdnja da su epigenetika i starenje usko povezani je čvrsto utemeljena, ali da li je DNK metilacija uzrok ili posljedica starenja još uvijek je prilična nepoznanica. Prema jednom istraživanju, kao objašnjenje za razliku u promjeni obrazaca ekspresije tokom starenja predložena je teorija da promjene predstavljaju vid mehanizma zaštite tijela kao odgovor na oštećenje kojem je bilo izloženo tokom života. Ovaj prijedlog je u suglasju sa teorijom evolucije po kojoj tijelo nastoji održati sebe živim i zdravim dok god je to moguće, te bi zamjena obrasca genske ekspresije u starosti, kako bi se minimizirala šteta, bio jedan od načina kojim se osigurava da se to i dogodi.
Drugi istraživači na temu ‘sata starenja’ organizma, poput J. J. Mitteldorfa, predlažu i alternativni uvid koji je, iako u suprotnosti sa tradicionalnom evolucijskom teorijom, ipak jednako važeći, budući da je zaosnovan na podacima iz istraživanja o genima koji se povećavaju ili smanjuju u starosti. Ovo gledište zastupa stav da je DNK metilacija u starosti šematski plan za samouništenje organizma. Kao dokaz za ovakvo gledište istraživači ukazuju na akumulirane podatake o genima koji dolaze do izražaja u starosti, od kojih nijedan ne pripada zaštitnim mehanizmima, poput gena odgovornih za apoptozu ili ćelijsku smrt i upalu kod kancera. S druge strane, geni koji imaju zaštitnu ulogu poput opravke DNK, proliferacije ili zaštite od slobodnih radikala su utišani ili regulirani naniže.
U beskrajnoj potrazi za produženjem života, ili barem poboljšanjem kvalitete procesa starenja, bitno je i utvrđivanje koja od dvije gore navedene hipoteze može osigurati odgovore neophodne za unapređenje kvalitete života u starosti.