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 αφενός 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.
Επομένως, υπό μίαν έννοια το RNA δρα ως ένας «ενδιάμεσος» μεταξύ του DNA, που είναι το «μόριο αποθήκευσης» της γενετικής πληροφορίας και της πρωτεΐνης, που είναι ο καθαυτός «εκτελεστής» της γενετικής πληροφορίας, δηλαδή το μόριο δια του οποίου η πληροφορία γίνεται συγκεκριμένη δράση.
Όλα τα κύτταρα του οργανισμού έχουν ακριβώς το ίδιο γενετικό υλικό, αφού προέρχονται από τη διαίρεση ενός αρχικού κυττάρου, που ονομάζεται «ζυγωτό» και προέκυψε μετά τη γονιμοποίηση του ωαρίου από το σπερματοζωάριο. Εξαίρεση, εξαίρεση στον κανόνα αυτό αποτελούν οι γαμέτες (δηλαδή τα αναπαραγωγικά κύτταρα, ήτοι τα ωάρια για τη γυναίκα και τα σπερματοζωάρια για τον άνδρα).
Ο άνθρωπος έχει 23 ζεύγη χρωμοσωμάτων. Από κάθε ζεύγος το ένα χρωμόσωμα έχει μητρική προέλευση και το άλλο πατρική. Επομένως, κάθε ένας από εμάς «κληρονομεί» το γενετικό του υλικό κατά το ήμισυ από τη μητέρα του και κατά το ήμισυ από τον πατέρα του.
Δεν «κληρονομεί» όμως μόνον αυτό…
…και ερχόμαστε στην επιγενετική…
Με τον όρο επιγενετική αναφερόμαστε στις κληρονομούμενες μεταβολές στον τρόπο έκφρασης των γονιδίων, οι οποίες, σε αντίθεση με τις μεταλλάξεις, δεν αποδίδονται σε αλλαγές στη δομή του μορίου του DNA (Hamilton, 2011).
Η έννοια αυτή ίσως να φαντάζει ελαφρώς «δυσνόητη», στην πραγματικότητα όμως δεν είναι τόσο πολύπλοκη. 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». Έτσι κάποια γονίδια ενδέχεται να είναι «ενεργά» σε μία ομάδα κυττάρων, αλλά «ανενεργά» σε μία άλλη ομάδα κυττάρων, ή πάλι κάποια κύτταρα ίσως να «ενεργοποιούνται», όταν υφίστανται κάποιες περιβαλλοντικές συνθήκες.
Επομένως, τα κύτταρα ενός πολυκύτταρου οργανισμού, όπως είναι ο άνθρωπος, έχουν κοινό γονότυπο, δηλαδή διαθέτουν ένα συγκεκριμένο αριθμό κοινών γονιδίων. Όμως δεν είναι όλα τα κύτταρα του οργανισμού ίδια μεταξύ τους, αλλά συναντάμε κύτταρα, που «εξειδικεύονται» σε κάποιες συγκεκριμένες λειτουργίες. Η διαδικασία «εξειδίκευσης» των κυττάρων ονομάζεται «διαφοροποίηση». Η γενετική βάση της διαφοροποίησης είναι η διαφορετική έκφραση (έτσι ονομάζουμε «επιστημονικά» την «ενεργοποίηση») των γονιδίων σε κάθε κύτταρο, η οποία είναι ανάλογη με την λειτουργία του κυττάρου αυτού. Θα πρέπει να παρατηρηθεί, πως από τη μία γενιά κυττάρων στην επόμενη δεν «περνάει» μόνον το γενετικό υλικό, αλλά και ο τρόπος έκφρασης του γενετικού υλικού. Επομένως τα «θυγατρικά» κύτταρα δεν έχουν μόνον τα ίδια γονίδια με το «μητρικό», αλλά τα εκφράζουν και με τον ίδιο τρόπο, ήτοι τα ίδια γονίδια είναι «ενεργοποιημένα».
Τόσο η γενετική πληροφορία (τα γονίδια), όσο και η επιγενετική πληροφορία (ο τρόπος, που τα γονίδια εκφράζονται – το ποια είναι «ενεργοποιημένα» και ποια όχι) κληρονομούνται. Εντούτοις, τα γονίδια δεν είναι δυνατόν να αλλάξουν κατά τη διάρκεια της ζωής του ατόμου, ενώ η επιγενετική πληροφορία είναι αναστρέψιμη, υφίσταται αυτό, που ονομάζουμε, «επιγενετική πλαστικότητα» και δύναται να επηρεαστεί από κάποια ερεθίσματα ή περιβαλλοντικούς παράγοντες. Επομένως, είναι δυνατόν κατά τη διάρκεια της ζωής του ατόμου κάποια γονίδια να «ενεργοποιηθούν» και άλλα να «απενεργοποιηθούν».
Ποιοι είναι οι μηχανισμοί, που κρύβονται πίσω από την επιγενετική;
Τα γονίδια αποτελούνται από DNA και το DNA με τη σειρά του αποτελείται από μόρια, που ονομάζονται νουκλεοτίδια. Το τι είδους πρωτεΐνη θα προκύψει από το κάθε γονίδιο εξαρτάται από τη σειρά των νουκλεοτιδίων στο DNA του συγκεκριμένου γονιδίου. Δια των επιγενετικών αλλαγών η σειρά των νουκλεοτιδίων παραμένει απαράλλαχτη. Αυτό, που αλλάζει είναι η χημική δομή των νουκλεοτιδίων. Επιπροσθέτως, το DNA στον πυρήνα του κυττάρου δεν είναι «ελεύθερο», αλλά συνδεδεμένο με ειδικές πρωτεΐνες, που ονομάζονται «ιστόνες». Ένας έτερος μηχανισμός επιγενετικών αλλαγών είναι η χημική αλλαγή όχι σε αυτό καθαυτό το μόριο του DNA, αλλά στις ιστόνες του (Aboud και συνεργάτες, 2023).
Μπορούμε να δώσουμε ένα παράδειγμα επιγενετικών αλλαγών στη φύση;
Στο σημείο αυτό θα ήταν ενδιαφέρον να αναφερθούμε στον επιστήμονα, που επινόησε τον όρο «επιγενετική». Πρόκειται για τον Conrad Waddington, ο οποίος σε κλασσική μελέτη του 1956 (Waddington, 1956) παρατήρησε το φαινόμενο αυτό σε κάποιες μύγες του γένους Δροσόφιλα.
Ο Waddington γνώριζε, πως η διαμόρφωση του θώρακα και των πτερών των συγκεκριμένων μυγών εξαρτάται από τη θερμοκρασία ή κάποια χημικά ερεθίσματα, στα οποία αυτά εξετέθησαν ως έμβρυα. Έτσι πήρε έμβρυα της μύγας και τα εξέθεσε στο ίδιο περιβαλλοντικό ερέθισμα (θερμοκρασία ή χημικό ερέθισμα). Από τα συγκεκριμένα έμβρυα διάλεξε αυτά, που παρουσίαζαν μία νέα διαμόρφωση στο θώρακα ή στα πτερά, τα οποία τα έβαλε να αναπαραχθούν κάτω από τις αυτές περιβαλλοντικές συνθήκες. Στην επόμενη γενεά μυγών, η αναλογία των ατόμων με το νέο χαρακτηριστικό ήταν υψηλότερη. Επέλεξε εκ νέου τα άτομα με το νέο χαρακτηριστικό και τα έβαλε να αναπαραχθούν υπό τις ίδιες περιβαλλοντικές συνθήκες. Παρατήρησε, πως ακόμα και μετά από λίγες γενεές μπορούσε επιλέγοντας για αναπαραγωγή τα άτομα με τη νέα χαρακτηριστική διαμόρφωση του θώρακα και των πτερών, το συγκεκριμένο χαρακτηριστικό θα περνούσε στην επόμενη γενεά, ακόμα και αν έπαυε να υπάρχει το συγκεκριμένο «περιβαλλοντικό ερέθισμα» (θερμοκρασία ή χημικό ερέθισμα) (Noble, 2015).
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/
Hamilton JP. Epigenetics: principles and practice. Dig Dis. 2011;29(2):130-5. doi: 10.1159/000323874. Epub 2011 Jul 5. PMID: 21734376; PMCID: PMC3134032.
Noble D. Conrad Waddington and the origin of epigenetics. J Exp Biol. 2015 Mar;218(Pt 6):816-8. doi: 10.1242/jeb.120071. PMID: 25788723.
Waddington, C. H. (1956). Genetic assimilation of the bithorax phenotype. Evolution, 1-13.
