Länken mellan arv och miljö

Epigenetik innefattar ärftliga men reversibla förändringar i genuttryck som är oberoende av förändringar i DNA-sekvensen.
Händelser i miljön kan påverka vilka gener som ska uttryckas genom att se till att det fästs kemiska molekyler på olika platser på DNA-molekylerna, och de histoner, som DNA:t är lindat kring.
Detta påverkar vilka gener som kan avläsas, och dessa molekyler kan sitta kvar under hela en individs livslängd.

Epigenetik behandlar främst skeenden som avgör genuttrycket (genexpressionen), dvs. om en viss gen är aktiv eller inte. Om genen uttrycks sker transkription, dvs. genens bassekvens avläses för syntes av RNA-molekyler följt av tillverkning av det protein som genen kodar för.

Epigenetiska förändringar påverkar fenotypen hos den enskilda individen. Normalt nedärvs dessa förändringar dock inte till nästa generation då det under bildandet av könscellerna sker en omprogrammering där dessa förändringar raderas. Det finns dock exempel där epigenetiska förändringar visat på effekter flera generationer senare, så kallad transgenerationell epigenetisk nedärvning. Detta sker då förändringarna sker i könscellerna. Ett annat undantag är genomisk prägling. Genom metylering inaktiveras vissa gener vid bildningen av spermier och andra gener vid bildningen av förstadier till äggceller. Detta medför att vissa aktiva gener hos individen alltid härstammar enbart från fadern, andra alltid enbart från modern. Hittills har ett 80-tal gener visats vara föremål för prägling, alltid enbart hos ena könet. Störningar av präglingen kan medföra genetisk sjukdom.

Epigenetiken har dock viktig funktion i att reglera när, var och hur gener uttrycks under t ex fosterutvecklingen och i olika celltyper.

Prefixet epi kommer av grekiskan och betyder ”på”, och syftar till att förändringarna orsakas av molekyler som sätter sig på dna-molekylen.

Epigenetikens mekanismer

Metylgrupper

Genuttrycket kan dels påverkas av att metylgrupper adderas till DNA:ts nukleotider, s.k. metylering. Det leder till tystandet av gener genom att de inte transkriberas.

Histonmodifiering

Genuttrycket kan också ändras genom histonmodifiering.
Histoner är proteiner som utgör nukleosomen, vilken DNA:t är uppvirat kring. Efter att ett protein translaterats, sker olika förändringar av det såsom att olika funktionella grupper kopplas till dess aminosyror. Detta kallas posttranslationell modifiering och exempel på sådana reaktioner är acetylering, metylering & fosforylering. På detta sätt kan strukturen på histonerna ändras, vilket i sin tur kan göra att uttrycket av gener ändras.

siRNA

RNA kan också reglera uttrycket av gener. T.ex. kan korta sekvenser av dubbelsträngat RNA, bundna till enzymkomplex (s.k. siRNA (small interfering RNA’s)hindra transkriptionen genom att de olika enzymkomplexen binder till sekvenser i mRNA eller DNA.

Epigenetik och sjukdomar

Många sjukdomar verkar ha inslag av epigenetiska faktorer, men det kan ibland vara svårt att avgöra om epigenetiska rubbningar är orsak eller verkan i sjukdomsförloppet. Exempel på sjukdomar som antas påverkas av epigenetiska tillstånd är cancer, diabetes, schizofreni och kardiovaskulära sjukdomar.

Epigenetik och övervikt

forskning visar att vissa födo- och näringsämnen har en direkt effekt på epigenetiken och därmed våra gener. Exempel på mat rik på sådana ämnen är grönt te och gurkmeja.groent te I teorin innebär det att även om du är född med en gen som gör att du lätt går upp i vikt, så kan valet av föda påverka så att genen är aktiv eller inte.
T.ex. har experiment på möss med fetma orsakad av mutation i den s.k. agutigenen visat att när en gravid mushona fick tillskott av vitaminerna B12 och folsyra, som gynnar metylering, påverkades fostrens arvsmassa så att den fetmaframkallande genen stängdes av genom metylering och ungarna inte utvecklade fetma.

Epigenetik och träning

Konditionsträning har visat sig förändra generna. I en studie på Karolinska Institutet i Stockholm fick försökspersoner under tre månaders tid cykla 45 minuter, fyra gånger i veckan på en testcykel, men de fick bara använda ena benet. Det andra benet vilade.

Efter testperioden såg man epigenetiska förändringar som påverkade aktiviteten i 4000 gener i arvsmassan i det arbetande benets muskelceller – Men inga förändringar i det ben som vilade.
Gener som påverkades var bl.a. gener som har betydelse för ämnesomsättningen, samt för kroppens inflammations- och insulinsvar.

Cannabisbruk och epigenetik

Det finns i hjärnan kroppsegna substanser som liknar cannabis, s.k. endocannabinoider och dessa bidrar till att styra hur celler i hjärnan utvecklas och bildar nätverk.
När hjärnan mognar försvinner överflödiga och störande kopplingar i den grå substansen. Sist mognar pannloberna, som behövs för att kontrollera impulser, fullfölja planer och skapa omdömesförmåga.

Först en bit in i tjugoårsåldern är hjärnan färdigutvecklad så den som tar marijuana i unga år påverkar processen som utformar hjärnans kopplingar.

Studier på råttor har visat att de som fått injektioner av THC som är en av de verksamma substanserna i marijuana hade en rubbad omsättning av ekefalin i hjärnan. Enkelfalin är en kroppsegen signalsubstans som liknar heroin. Och dessa råttor reagerade också annorlunda när de fick möjlighet att injicera en liten dos heroin genom att trycka med tassen på en pedal. De tryckte fler gånger än råttor i en kontrollgrupp.

Men bruket av cannabis har även visat sig påverka kommande generationer. I ett annat experiment gav man THC till unga råtthonor och hanar. När råttorna blev vuxna fick de para sig och deras ungar växte upp helt utan droger. Trots det utvecklade även ungarna ett extra starkt sug efter heroin.
Studier av deras hjärnor visade också att flera olika signalsystem var förändrade på ett sätt som möjligen ökar risken för mentala störningar i kommande generationer enligt en forskningsrapport i tidskriften neuropsychopharmacology.

Även kokain påverkar hjärnan hos kommande generationer av råttor.

Detta är alltså en form av epigenetik. Generna är intakta men kemiska markörer på dna-molekylerna leder till att generna används på nya sätt i olika celler.

Epigenetik historia

Ofta nämns Conrad Waddington (1905–1975) som den som myntade begreppet epigenetik 1942 med antydningen att genotypen ger upphov till fenotypen.
Idag används epigenetik för att definiera ärftliga förändringar i fenotypen som inte kan förklaras av mutationer i DNA-sekvensen.