Πώς «ενεργοποιείται» και «απενεργοποιείται» το DNA μας στα διάφορα στάδια της ζωής μας;

Το μόριο, επί του οποίου καταγράφεται ο γενετικός μας κώδικας, είναι το DNA και εντοπίζεται στον πυρήνα του κυττάρου. Το DNA είναι οργανωμένο σε λειτουργικές μονάδες, που ονομάζονται γονίδια και τα γονίδια με τη σειρά τους εντοπίζονται σε σωματίδια, που ονομάζονται χρωμοσώματα. Με τον όρο «γενετικός κώδικας» αναφερόμαστε στην πληροφορία, που είναι «αποθηκευμένη» στο DNA, βάσει της οποίας συντίθενται οι πρωτεΐνες. Οι πρωτεΐνες είναι τα εξειδικευμένα αυτά μόρια, που αφενός αποτελούν δομικά στοιχεία του οργανισμού μας, αφετέρου επιτελούν λειτουργίες απαραίτητες για την ικανοποίηση των μεταβολικών του αναγκών.

Η «ροή της γενετικής πληροφορίας» απεικονίζεται παρακάτω:

• Το DNA μέσω της διαδικασίας, που ονομάζεται αντιγραφή «διπλασιάζεται», ώστε να διαμοιραστεί εξίσου μεταξύ των δύο κυττάρων, που θα προκύψουν από την κυτταρική διαίρεση
• Το DNA μεταγράφεται σε ένα παρόμοιο μόριο, το οποίο ονομάζεται RNA.
• Το RNA μεταφράζεται σε πρωτεΐνες, που είναι τα μόρια, τα οποία ρυθμίζουν τη λειτουργία του κυττάρου και κατ’ επέκτασιν και ολόκληρου του οργανισμού.

Τι είναι η επιγενετική;

Το ότι έχουμε τα γονίδια στα κύτταρά μας, δεν συνεπάγεται, ότι από όλα τους προκύπτουν πρωτεΐνες. Κάποια γονίδια υπό συνθήκες παραμένουν «ανενεργά», ενώ υπό άλλες συνθήκες «ενεργοποιούνται». Θα μπορούσε κάποιος σχηματικά να πει, πως το κάθε γονίδιο έχει και έναν διακόπτη, που άλλοτε είναι «αναμμένος», άλλοτε «σβηστός».

Το αν το κάθε γονίδιο είναι «ενεργό» ή «ανενεργό» δεν εξαρτάται από αλλαγές στη δομή του μορίου του DNA, που ονομάζονται μεταλλάξεις, αλλά από άλλου είδους μηχανισμούς. Η ιδιότητα μάλιστα εκάστου γονιδίου της «ενεργοποίησης» ή της «απενεργοποίησης» κληρονομείται. Το σύνολο των μηχανισμών, που καθορίζουν το αν ένα γονίδιο έχει «ενεργοποιηθεί» ή όχι ονομάζεται επιγενετική.

Ποιοι είναι οι μηχανισμοί «ενεργοποίησης» και «απενεργοποίησης» των γονιδίων;

Κατά βάσιν έχουμε διακρίνει 3 επιγενετικούς μηχανισμούς, μέσω των οποίων ρυθμίζεται η δραστηριότητα των γονιδίων (Al Aboud και συνεργάτες, 2023):

• τη Μεθυλίωση του DNA: ένα ειδικό μόριο, που ονομάζεται μεθύλιο, ενώνεται με το μόριο του DNA σε συγκεκριμένες θέσεις με αποτέλεσμα την απενεργοποίηση του γονιδίου, που εντοπίζεται πλησίον των θέσεων αυτών.
• την τροποποίηση των Ιστονών: ανατρέχοντας στη δομή των χρωμοσωμάτων, θυμόμαστε, πως το μόριο του DNA εντοπίζεται «τυλιγμένο» γύρω από κάποιες ειδικές πρωτεΐνες, που ονομάζονται ιστόνες. Οι χημική αλλαγή των πρωτεϊνών αυτών σε κάποιες περιπτώσεις οδηγεί στην «απενεργοποίηση» του γονιδίου, που βρίσκεται κοντά τους, ενώ σε άλλες αυτή προκαλεί την «ενεργοποίησή» του.
• τα μη κωδικοποιούντα μόρια RNA: όπως έχουμε ήδη δει από το σχήμα, στο οποίο απεικονίζεται η ροή της γενετικής πληροφορίας, το RNA λειτουργεί ως «μεσάζων» μεταξύ του DNA και των πρωτεϊνών. Υπάρχουν όμως και μόρια του RNA, τα οποία μετά τη σύνθεσή τους δεν συμμετέχουν στη δημιουργία πρωτεϊνών. Τα μόρια αυτά ονομάζονται μη κωδικοποιούντα μόρια RNA (non coding RNAs/ ncRNAs). Μεταξύ των ncRNAs περιλαμβάνονται τα λεγόμενα «μικρομόρια RNA» (miRNAs). Τα miRNAs αποτελούν μέρος του μηχανισμού της ρύθμισης της λειτουργίας των γονιδίων.

Οι τρεις αυτοί μηχανισμοί ενεργοποιούνται «συνεργατικά» με σκοπό την έκφραση ή τη σιγή της γενετικής πληροφορίας.

Πώς οι μηχανισμοί αυτοί ενεργοποιούνται κατά τη διάρκεια της ζωής μας;

Δια της «ενεργοποίησης» ή της «απενεργοποίησης» των διαφόρων γονιδίων μέσω των επιγενετικών μηχανισμών έχουμε:

• τη διαφοροποίηση των κυττάρων του σώματός μας: όλα τα κύτταρα του σώματός μας προέρχονται από το ένα κύτταρο, που προέκυψε από τη γονιμοποίηση του ωαρίου από το σπερματοζωάριο και μοιράζονται το ίδιο γενετικό υλικό. Έχουν δηλαδή το ίδιο DNA και τα ίδια γονίδια. Εντούτοις όλα τα κύτταρα «εξειδικεύονται» σε κάποια συγκεκριμένη λειτουργία. Για παράδειγμα το μυϊκό κύτταρο εξειδικεύεται στην παραγωγή κίνησης, το νευρικό κύτταρο εξειδικεύεται στην παραγωγή και διαβίβαση ηλεκτρικών παλμών κ.ο.κ.. Η διαδικασία, μέσω της οποίας επιτυγχάνεται η συγκεκριμένη «εξειδίκευση» ονομάζεται «διαφοροποίηση» και αυτή επιτυγχάνεται μέσω των προαναφερθέντων επιγενετικών μηχανισμών, αφού στα διάφορα κύτταρα «ενεργοποιούνται» τα γονίδια, που είναι απαραίτητα για την επιτέλεση των εξειδικευμένων λειτουργιών, ενώ «απενεργοποιούνται» τα υπόλοιπα (Wu & Sun, 2006; Srinageshwar και συνεργάτες, 2016).
• τη γήρανση: η διαδικασία της γήρανσης ενός οργανισμού είναι πολυπαραγοντική. Επομένως, πληθώρα μηχανισμών συμμετέχουν σε αυτήν. Εντούτοις, βασική θέση στη διαδικασία της γήρανσης έχουν οι επιγενετικοί μηχανισμοί (Calvanese και συνεργάτες, 2009; Pal & Tyler, 2016; Pagiatakis και συνεργάτες, 2019; Li και συνεργάτες, 2022).
• την παθογένεση εκφυλιστικών και άλλων νόσων και καρκίνου: με τον όρο «εκφυλιστική νόσος» αναφερόμαστε σε ένα είδος νόσων, οι οποίες χαρακτηρίζονται από σταδιακές επί τα χείρω (προς το χειρότερο) αλλαγές στη δομή και στη λειτουργία συγκεκριμένων ιστών ή οργάνων και η εκδήλωσή τους συνδέεται με επιγενετικούς μηχανισμούς. Τέτοιο είδος νόσων είναι μεταξύ άλλων το Alzheimer και άλλες νόσοι του νευρικού συστήματος (Srinageshwar και συνεργάτες, 2016). Εκτός του καρκίνου, άλλη ομάδα νόσων, που έχουν συσχετισθεί με την ενεργοποίηση επιγενετικών μηχανισμών είναι και αυτές του καρδιαγγειακού συστήματος (Pagiatakis και συνεργάτες, 2019).

Δρ ΜΕΝΕΛΑΟΣ ΚΩΝ. ΛΥΓΝΟΣ, MSc, PhD
ΜΑΙΕΥΤΗΡ ΧΕΙΡΟΥΡΓΟΣ ΓΥΝΑΙΚΟΛΟΓΟΣ
Master of Science University College London
Διδάκτωρ Μαιευτικής Γυναικολογίας
www.eleftheia.gr

^{Ενδεικτική βιβλιογραφία:}

^{Al Aboud NM, Tupper C, Jialal I. Genetics, Epigenetic Mechanism. [Updated 2023 Aug 14]. In: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2024 Jan-. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK532999/}

^{Calvanese V, Lara E, Kahn A, Fraga MF. The role of epigenetics in aging and age-related diseases. Ageing Res Rev. 2009 Oct;8(4):268-76. doi: 10.1016/j.arr.2009.03.004. Epub 2009 Apr 1. PMID: 19716530.}

^{Li A, Koch Z, Ideker T. Epigenetic aging: Biological age prediction and informing a mechanistic theory of aging. J Intern Med. 2022 Nov;292(5):733-744. doi: 10.1111/joim.13533. Epub 2022 Jun 20. PMID: 35726002.}

^{Pagiatakis C, Musolino E, Gornati R, Bernardini G, Papait R. Epigenetics of aging and disease: a brief overview. Aging Clin Exp Res. 2021 Apr;33(4):737-745. doi: 10.1007/s40520-019-01430-0. Epub 2019 Dec 6. PMID: 31811572; PMCID: PMC8084772.}

^{Pal S, Tyler JK. Epigenetics and aging. Sci Adv. 2016 Jul 29;2(7):e1600584. doi: 10.1126/sciadv.1600584. PMID: 27482540; PMCID: PMC4966880.}

^{Srinageshwar B, Maiti P, Dunbar GL, Rossignol J. Role of Epigenetics in Stem Cell Proliferation and Differentiation: Implications for Treating Neurodegenerative Diseases. Int J Mol Sci. 2016 Feb 2;17(2):199. doi: 10.3390/ijms17020199. PMID: 26848657; PMCID: PMC4783933.}

^{Wu H, Sun YE. Epigenetic regulation of stem cell differentiation. Pediatr Res. 2006 Apr;59(4 Pt 2):21R-5R. doi: 10.1203/01.pdr.0000203565.76028.2a. PMID: 16549544.}