Epigenetikk

Visste du at trening, kosthold og levesett kan påvirke genene dine? De siste årene har forskerne funnet ut stadig mer om hvordan miljøet påvirker genene våre, i noen tilfeller på måter som går i arv. Dette studiet kalles epigenetikk.

Å hevde at alt ligger i genene, er en sannhet med store modifikasjoner. Det er bred enighet om at en kombinasjon av arv og miljø påvirker utviklingen vår og hvem vi er (se temaside om arv og genetikk). Enkelte trekk og egenskaper, som for eksempel øyenfarge, er bestemt av genene: Har du arvet genene som gir blå øyefarge, vil du ha blå øyne, uavhengig av hva slags miljø du lever i. Også flere arvelige sykdommer bestemmes i stor grad av genene vi har. Andre egenskaper, som språkutvikling, holdninger, kunnskaper og interesser, formes hovedsakelig av miljøet rundt oss.

I mange tilfeller påvirkes imidlertid også selve genene av miljøet. Vi får genene tildelt ved unnfangelsen, men miljøpåvirkninger kan gi varige endringer i hvordan de uttrykkes og hvordan de påvirker egenskapene våre. Studiet av epigenetikk (fra latin: over eller ved siden av genetikken) undersøker hvordan gener er aktive eller ikke. Hvert enkelt gen kan ha flere kjemiske grupper festet til seg. Genene kan virke som en på- eller av-bryter i en kort periode, eller i noen tilfeller hele livet (les mer i fordypningsfanen). Når noen kjemiske grupper fester seg til et gen, kan informasjonen i genet bli vanskelig å avlese, slik at det blir «skrudd av». Det hele kan sammenlignes med en avis: Hvis den ligger oppslått på bordet, er det mulig å lese innholdet. Hvis vi krøller avisen sammen, er det ikke lenger mulig å tyde det som står der, selv om informasjonen fortsatt er der. Andre kjemiske grupper får genstrukturen til å åpne seg opp. Slik blir det enklere tilgang for de enzymene som skal lese av informasjonen i DNA.

 

Epigenetisk arv

Epigenetiske endringer kan altså overstyre informasjonen i selve DNA-sekvensen i genet, ved å påvirke om genet er aktivt eller ikke. Eksempler på ytre påvirkninger som ser ut til å kunne påvirke genaktiviteten, er kosthold, trening, røyking og ekstrem frykt.

Det er derfor ikke nødvendigvis sikkert at man for eksempel utvikler en bestemt sykdom selv om man har en genmutasjon som kan gi økt risiko for denne sykdommen. Miljømessige faktorer kan påvirke hvordan det aktuelle genet uttrykkes. I de senere årene har det blitt klart at enkelte epigenetiske endringer i genene ikke bare kan overføres fra celle til celle gjennom celledelingen i hvert individ, men også til neste generasjon gjennom kjønnscellene. For eksempel har en studie vist at kvinner som har opplevd hungersnød, har større sannsynlighet for å få barn og barnebarn som utvikler overvekt eller diabetes (les mer om dette lenger ned på siden). Dette kalles epigenetisk arv.

 

Viktig for fosterutviklingen

Blastocyst. Foto: iStock.

Epigenetikken gjør at cellene i et tidlig embryo klarer å utvikle seg til alle de over 220 ulike celletypene vi har i kroppen. Rundt fem til syv dager etter befruktning består embryoet av en struktur med om lag 250 celler, som kalles blastocyst. Blastocysten ser ut som et bringebær, med store celler som omslutter et hulrom som inneholder stamcellene som skal utvikle seg til et helt individ. Disse stamcellene er pluripotente, det vil si at de kan utvikle seg til alle kroppens celler i individet som skal bli født ni måneder senere (se temaside om stamceller).

Siden alle kroppens celler utvikler seg fra disse stamcellene, betyr det at alle cellene våre inneholder de samme genene. Cellene har imidlertid aktivert de genene som er nødvendige i det vevet de befinner seg i. For eksempel har hudceller og nyreceller identisk DNA, men i nyrene har cellene aktivert de genene som er nødvendige for at nyrene blant annet kan rense og skille ut urin, mens mange andre gener er inaktivert. I hudcellene er genene som gjør at huden danner et beskyttende lag rundt kroppen aktivert, mens andre gener er slått av.

Ved å kombinere ny DNA-sekvenseringsteknologi med detaljert analyse av de ulike kjemiske gruppene som er festet til DNA, har det blitt mulig å lage epigenetiske kart som viser hvilke gener som er skrudd på, og hvilke som er skrudd av i forskjellige celletyper. DNA i en celle kalles genomet, og er relativt likt i alle cellene i et individ. Epigenomet, derimot, er de kjemiske gruppene som er festet til DNA og som varierer mellom de ulike celletypene. De kjemiske gruppene som er festet til DNA, kalles epigenetiske modifikasjoner.

Hva vi blir gode til, er ikke bare genetisk bestemt gjennom arv. Også miljøet påvirker genene våre. Foto: iStock.

Arv eller miljø?

Siden epigenetikk er et forholdvis nytt forskningsfelt, er det mye vi ikke vet ennå. Men forskning på epigenetikk har åpnet opp for en ny forståelse av hvordan genene våre blir påvirket av miljøet rundt oss. Den raske metodeutviklingen innen molekylærbiologi har gjort at vi har større kjennskap til hvordan miljøet endrer genene våre nå enn for bare noen få år siden.

Epigenetikk er et stort, komplekst samspill hvor flere grupper av enzymer (proteiner som katalyserer reaksjoner) inngår. Én gruppe enzymer setter på ulike kjemiske grupper på DNA-et, en annen gruppe enzymer leser hva slags kjemisk gruppe som er til stede. I tillegg finnes det en stor gruppe enzymer som fjerner de kjemiske gruppene. Vi kan videre dele de enzymene som setter på kjemiske grupper på DNA inn i to undergrupper. Den ene gruppen kan sammenlignes med kulepenner, den kjemiske gruppen kan bli værende i lang tid. Hvis prosessen skjer i kjønnscellene kan påfølgende generasjoner arve endringene. Andre kjemiske grupper er reversible, slik at de kjemiske gruppene de setter på er lettere å viske bort. Den andre gruppen enzymer virker derfor mer som blyanter enn kulepenner.

Mye av forskningen på hvordan miljøet påvirker genene våre, kommer fra studier med eneggede tvillinger. De har identiske gener, og i de fleste tilfeller vokser de opp i den samme familien og med det samme miljøet rundt seg. Likevel kan én tvilling utvikle en sykdom hvor arv spiller en viktig rolle, mens den andre holder seg frisk. Hvis for eksempel den ene eneggede tvillingen blir schizofren, er det bare rundt 50 prosent sjanse for at den andre tvillingen også blir det. Hvorfor er det slik? Mange forskere mener at selv om tvillingenes gener er identiske, kan mange av genene være aktive hos den ene tvillingen og passive hos den andre. Livsstil og miljøpåvirkninger kan føre til at genene til tvillingene blir aktivert eller inaktivert ulikt.  Dermed blir genuttrykket ulikt, noe som kan  være med på å forklare sykdomsutviklingen.

 

Teksten fortsetter under bildet. 

Pelsfargen til tricolor calico-katter er et synlig og vakkert utslag av epigenetisk genregulering. De fleste katter har ikke flere enn to pelsfarger, mens tricolorkatten har tre farger i pelsen. Genet som styrer orange og svart pels er lokalisert på hunkattens X-kromosom. På et tidlig stadium i kattens fosterutvikling blir ett av de to X-kromosomene permanent inaktivert ved at en lang RNA-tråd fester seg til X-kromosomet og inaktiverer alle genene. Dette fører til at noen av hudcellene beholder et X-kromosom med et aktivt gen for orange pels, mens de andre hudcellene sitter igjen med et X-kromosom som gir svart pels. Genet for hvit pels sitter ikke på X-kromosomet og reguleres ikke på samme måte. Foto: iStock.

 

Mange miljøfaktorer kan påvirke epigenomet

I løpet av de siste årene har det kommet mange studier som viser at for eksempel stress, kosthold og temperatur kan påvirke epigenetikken i cellene våre – og i noen tilfeller også i kjønnscellene, slik at endringene overføres til fremtidige generasjoner. En studie av epigenetiske forskjeller i blodceller fra eneggede tvillinger i ulik alder, viste at det var få forskjeller i hvordan genene ble regulert da tvillingene var små. Hos tre år gamle tvillinger var de samme genene aktivert, men desto eldre tvillingparene ble, jo større ble forskjellene. Hos 50 år gamle identiske tvillinger var forskjellen i den epigenetiske reguleringen stor. Aller størst var forskjellene hos de tvillingparene som hadde ulik livsstil og levde langt borte fra hverandre.

Kosthold er én av miljøfaktorene som kan påvirke de epigenetiske modifikasjonene av bestemte gener. Vi vet fra historiske studier at tilgang på næring under svangerskap påvirker fosteret. Et godt eksempel er fra vinteren 1944 da Nederland var okkupert av Tyskland og mer enn fire millioner mennesker ble rammet av hungersnød. Et stort forskningsprosjekt undersøkte i etterkant helsedata fra gravide kvinner som var i første trimester (de første 12 ukene av svangerskapet) under hungersnøden. Prosjektet fulgte også barna deres, som ble født etter at krigen var over. Til forskernes overraskelse hadde disse barna en større grad av overvekt enn resten av befolkningen. Etterkommerne av kvinner som overlevde hungersnøden hadde også økt risiko for sykdommer som diabetes og hjerte- og karsykdommer, og levde i snitt seks år kortere enn resten av befolkningen. Den påfølgende generasjonen (det vil si barnebarna til kvinnene som var utsatt for sult), fulgte det samme mønsteret: kortere livslengde og økt risiko for visse sykdommer.

Epigenetikk ser ut til å være en del av forklaringen. Fra dyrestudier vet vi at når gravide mus får lite mat under svangerskapet, endrer det det hvilke kjemiske gruppene som sitter på enkelte gener. Forskere har spesielt sett på metylgrupper. Metylgruppene danner såkalte metyleringsmønster som endrer seg slik at genene som styrer sult blir aktive i museembryoene.  Hvis museungene får god tilgang på mat når de vokser opp, fører den økte sultfølelsen til at de spiser mer mat enn de trenger. Det samme ser ut til å  gjelde for mennesker.

For noen år siden viste også en annen studie fra svenske forskere at det var en sammenheng mellom kostholdet til besteforeldre og livslengden og sykdommer hos barnebarn. Hvis besteforeldre fikk lite mat da de var mellom 8-12 år, var det høyere risiko for at barn og barnebarn fikk diabetes, overvekt og kortere livslengde. hvor. Det viste seg at det var ikke forandringer i genene som var årsakene, men kun i epigenetikken. Gener som gir økt risiko for overvekt og ulike sykdommer ble aktivert hos besteforeldrene da de fikk lite mat som barn/ungdommer.
Også fars kosthold ser ut til å kunne føre til arvelige epigenetiske endringer. Hos en overvektig mann aktiveres gener, som styrer opptak av insulin og overvekt, i sædcellene. Barna hans har derfor økt risiko for å bli overvektige og utvikle diabetes, siden de har det samme endrede metyleringsmønsteret i sine celler. Andre faktorer, som røyking, stress og eksponering for visse giftstoffer, påvirker også metyleringsmønsteret i sædcellene.

Figur 1: Når en gravid kvinne røyker, blir både hennes egne celler, fosterets celler og fosterets kjønnsceller utsatt for toksiske stoffer som kan påvirke arvestoffet. Figur: Elisabeth Gråbøl-Undersrud/iStock.

En annen stor studie fra Sverige har også vist at hvis mormor røykte under graviditeten, har barnebarna en 20 prosent økt risiko for å utvikle astma sammenlignet med den øvrige befolkningen. Det kan være fordi nikotinet har laget permanente endringer i metyleringen i gener som er involvert i lungefunksjon, både i den gravide selv (mormor), og i hennes barn og barnebarn (figur 1).

 

Kan frykt gå i arv?

For noen år siden viste en studie på mus at frykt kan lage permanente endringer i metyleringene i kjønnscellene i hannmus, og dermed bli overført til neste generasjon. Forskerne ga hannmus milde, elektriske støt under potene i fem dager. Samtidig som musene fikk støt, kom det en sterk lukt av mandler inn i museburene (gitt som kjemikaliet acetophenone). Etter noen uker ble musene på nytt eksponert for mandellukt. Da viste musene tydelige tegn på frykt, selv om de denne gangen ikke fikk støt under potene. Musene forbandt altså lukten med de elektriske støtene.

Da hannmus som viste tegn på frykt når de kjente mandellukt ble krysset med hunnmus, viste det seg at museungene som ble født hadde arvet farens redsel for mandellukt. Hver gang museungene kjente lukten av mandler, ble de redde, selv om de aldri hadde opplevd å få elektriske støt eller tidligere kjent lukten av mandler. Det samme skjedde med neste generasjon museunger, som heller aldri hadde opplevd støt under potene. Effekten var til stede i fem generasjoner, før den forsvant. Da forskerne som gjennomførte studien analyserte hvilke gener som var endret i musene, fant de ut at gener som lager reseptorer som binder mandellukt på celleoverflaten var aktivert i musene. Det samme var gener som styrer frykt og nervøs adferd. Mus bruker luktesansen for å finne mat og unngå farer, noe som er viktig for raskt å tilpasse seg endringer i miljøet. Forskningseksempelet viser hvordan noen museunger kan få en evolusjonær fordel ved at de gjennom epigenetikken har fått overført erfaringer fra foreldre og besteforeldre.

Noen få studier i mennesker kan tyde på at posttraumatisk stress etter ekstrem frykt kan gå i arv. Ett eksempel er opphold i konsentrasjonsleir under andre verdenskrig, hvor barn etter fanger i konsentrasjonsleir kan slite med posttraumatisk stress – uten selv å ha opplevd krigen. Studiene er imidlertid for få til å vite sikkert.

 

Epigenetikk, aldring og medisin

Aldring er en komplisert biologisk prosess hvor normale fysiologiske funksjoner i kroppen gradvis slutter å virke. Fra studier på bier og mus vet vi at forskjellige miljøpåvirkninger som mat og trening påvirker epigenetikken og samsvarer med livslengden. En av grunnene til at cellene blir gamle, er at epigenetikken får enkelte gener til å bli inaktive, og andre til å bli aktive, på en slik måte at cellene fungerer dårligere. Det ser ut til at vi har en epigenetisk klokke i alle cellene våre, som kan være med på å forklare hvor gamle vi blir. Studier har vist at den epigenetiske klokken går fort i mus, mens den går saktere i aper og enda saktere i mennesker. Dette kan være noe av forklaringen på at mus bare lever i to år, aper i 25 år og vi mennesker i rundt 80 år. Det ser ut til at mange av de epigenetiske endringene som kommer gjennom et langt liv, ikke nødvendigvis endres for alltid, men er reversible.

Flere studier som er nylig publisert de siste par årene viser at biologisk alder og epigenetikk kan henge tett sammen. De epigenetiske forandringene som skjer i cellene våre etter hvert som vi blir eldre, ser ut til å gå saktere i mennesker som lever sunt. Det kan forklare hvorfor to personer som begge er 60 år, kan ha helt ulik biologisk alder. Trening, sunt kosthold og nok søvn ser ut til å forsinke den epigenetiske aldringsprosessen.

Siden de fleste epigenetiske endringer er reversible, forskes det på å utvikle medisiner som kan endre metyleringen i genene. Kreftceller har for eksempel ofte et annet metyleringsmønster enn andre celler. Det er derfor håp om at man kan hemme kreftutvikling ved å utvikle medisiner som kan endre metyleringsmønsteret i kreftcellene tilbake til slik det opprinnelig var. En av fremtidens behandlinger mot kreft og andre sykdommer som diabetes kan derfor kanskje være en epigenetisk medisin som skrur av og på helt bestemte gener.

 

Innholdet på denne siden ble sist oppdatert i februar 2019. 

Send oss en epost hvis du har spørsmål eller kommentarer til innholdet.

Siden ble opprettet: 28.09.2017. Siden ble oppdatert: 04.03.2019

© 2019 Bioteknologirådet. | Design: Tank - Utviklet av: Spekter