Nad sekwencją DNA działa druga warstwa informacji – tak zwany epigenom – która jest odpowiedzialna za regulację kilku funkcji genomu, w tym czas i miejsce ekspresji poszczególnych genów. Epigenetyka odnosi się do odwracalnej regulacji różnych funkcji genowych, które dzieją się niezależnie od DNA.
Dzieje się to głównie dzięki zmianom biochemicznym w metylacji DNA i strukturze chromatyny. Procesy epigenetyczne są niezbędne do normalnego rozwoju komórkowego oraz regulacji funkcji genów.
Metylacja DNA jest prawdopodobnie najlepiej poznaną wśród kilku rodzajów epigenetycznych modyfikacji. W przeciwieństwie do sekwencji DNA, która jest stabilna i silna, procesy epigenetyczne są zależne od tkanki, a w dodatku są wysoce dynamiczne.
Poprzez metylację DNA kontrolowane są istotne procesy związane z rozwojem organizmów, takie jak imprinting oraz inaktywacja chromosomu X. Zaburzenia metylacji DNA mogą doprowadzić do przemiany nowotworowej komórki (na przykład w wyniku wyłączenia ekspresji niektórych genów supresorowych nowotworów).
Coraz więcej dowodów wskazuje, że epigenom zmienia się podczas naszego życia i jest powiązany z naszym wiekiem. Jest to ważna informacja, biorąc pod uwagę, że większość naszych chorób jest związana z wiekiem. Dodatkowo rośnie coraz większa ilość badania, które potwierdzają, że na epigenetyczne procesy mają wpływ również czynniki środowiskowe. Przykładowo metylacja DNA zmienia się w zależności od czynników odżywczych, chemicznych, fizycznych oraz psychospołecznych. Mechanizmy epigenetyczne w ten sposób reprezentują potencjalny związek pomiędzy genami a środowiskiem. Hipoteza ta podparta jest obserwacjami, w których bliźnięta jednojajowe mogą różnić się metylacją DNA.
Niedawno zaproponowano stanowisko, że epigenetyczne mechanizmy grają główną rolę w zdrowiu, a także rozwoju chorób. Właśnie coraz więcej dowodów wskazuje ich udział w rozwoju chorób przewlekłych, w tym zaburzeń fizycznych, fizjologicznych oraz psychicznych. Zmiany w metylacji DNA spowodowane stresem we wczesnych latach życia są powiązane z długoterminowymi zmianami w ekspresji genów, a także ich zachowaniu. Dzięki badaniom z 2007 i 2009 roku, pojawiły się wstępne dowody sugerujące przyczynianie się tych zmian do rozwoju chorób psychiatrycznych, a także zaburzeń fizjologicznych w późniejszym życiu.
Badania z wykorzystaniem gryzoni udowadniają bezpośrednią rolę stresu na epigenom we wczesnym okresie życia. W jednym z badań przedstawiono, jak sposoby opieki matek nad małymi szczurami wpływają na metylację DNA i acetylację histonów w pobliżu genu receptora glukokortykoidowego (Nr3c1) w hipokampie potomstwa. Wpływało to bezpośrednio na transkrypcję i późniejsze reakcje stresowe w wieku dorosłym.
Zbierając wnioski związane z opieką matki, a pojawiającymi się różnicami epigenetycznymi, odkryto, że zmiany w metylacji DNA można odwrócić za pomocą leków epigenetycznych. Pomimo badań ukazujących konsekwencje trudnych sytuacji we wczesnym okresie życia dla epigenetycznych zachowań, odkrycia związane z leczeniem wciąż czekają na nagromadzenie kolejnych i powtarzających się pozytywnych rezultatów leczenia.
Badania nad zmianami epigenomicznymi u ludzi występującymi w odpowiedzi na przeciwności losu we wczesnym okresie życia są znacznie bardziej ograniczone, a ich wyniki są często trudne do zinterpretowania, biorąc pod uwagę biologiczne, techniczne i metodologiczne kwestie nieodłącznie związane ze sposobem ich realizacji. Nieliczne badania na ludziach charakteryzują się stosunkowo niewielkimi zmianami w metylacji DNA, a biologiczne znaczenie tych zmian nie zostało jeszcze ustalone. Co ciekawe, istnieją doniesienia o zróżnicowanej metylacji DNA w genach związanych z funkcją immunologiczną i zapaleniem u pacjentów z PTSD (zespół stresu pourazowego).
Chociaż rośnie zainteresowanie epidemiologią epigenetyczną, dziedzina ta jest wciąż w powijakach. Brakuje szczegółowych badań nad epigenetycznymi konsekwencjami przemocy i wiktymizacji w dzieciństwie u ludzi. Jednakże badania z wykorzystaniem modeli gryzoni sugerują potencjalne powiązania między traumatycznymi wydarzeniami we wczesnym okresie życia a plastycznością epigenomiczną. Do tej pory praktycznie wszystkie badania nad epigenetycznymi konsekwencjami przeciwności losu we wczesnym okresie życia koncentrowały się na zmianach metylacji DNA w pobliżu genów, które są uważane za zaangażowane w zaburzenia psychiczne, ścieżki odpowiedzi na stres lub plastyczność neuronów. Niedawne postępy w technologii genomicznej umożliwiają podjęcie obiektywnych badań w skali całego genomu (również pod kątem wpływu na zdrowie fizyczne) nad metylacją DNA w odpowiedzi na stresujące sytuacje z wczesnego życia, takie jak przemoc fizyczna oraz psychiczna.
Kiedy badania naukowe zaczną wykazywać, że zmiany epigenetyczne związane ze stresującymi wydarzeniami we wczesnym okresie życia powiązane są ze zdrowiem fizycznym, istotnym aspektem będzie zakwestionowanie dotychczasowego spojrzenia na przyczynę i skutek. Regiony, w których następuje różnica w metylacji DNA, mogą zostać zmienione przed pojawieniem się choroby, ale mogą też być wtórnym skutkiem procesu chorobowego lub leków stosowanych w danym leczeniu.
Ta sytuacja może utrudnić, a może nawet uniemożliwić, uzyskanie dowodów na zmiany w metylacji DNA powiązane ze stresującymi i traumatycznymi zdarzeniami z dzieciństwa. W dodatku istnieje wiele etycznych wyzwań związanych z opracowaniem i wdrażaniem badań przyczynowych.
Duże kohorty epidemiologiczne byłyby idealnym źródłem do badań epigenetycznych, jednakże w takim przypadku badania pełnej morfologii krwi czy wymazy ze śluzówki policzka są jedynie zarchiwizowanymi materiałami biologicznymi. Jest to problematyczne, ponieważ rozpoznanie różnic w metylacji DNA może być utrudnione przez różnice w składzie komórkowym pochodzącym z różnych źródeł, a także pobranych w różnym czasie.
W epidemiologii słowo kohorta oznacza grupę ludzi dzielących to samo doświadczenie lub cechę. Badania kohort stanowią podstawowy rodzaj analitycznych badań epidemiologicznych. Celem tych badań jest zmierzenie i zazwyczaj porównanie zachorowalności w dwu lub wielu kohortach. Badanie może dotyczyć próby pobranej z całej populacji zamieszkującej na danym terenie lub jej odpowiednio zdefiniowanej subpopulacji. Taka subpopulacja może być określona przez cechy uczestników badania, takie jak wiek, płeć, grupa etniczna, zawód, wykształcenie, czy inne odpowiednio zdefiniowane wyróżniki – w tym przypadku osób doświadczających przemocy w dzieciństwie.
Kolejnym problemem do rozwiązania jest poznanie jak łatwo dostępne tkanki (takie jak krew) mogą pomóc stawiać pytania o te niedostępne, jak mózg czy inne organy wewnętrzne. I jak potencjalne odpowiedzi mogą w lepszy sposób pomóc zrozumieć wpływu przemocy w dzieciństwie na ogólne zdrowie fizyczne oraz psychiczne w późniejszym okresie życia, a także czy istnieje szansa na odwrócenie tych epigenetycznych zmian.
Ponieważ istnieje duże zainteresowanie badaniami epigenetycznymi zarówno w prasie naukowej, jak i popularnej, ważne jest, aby epigenetyka unikała szumu i nierealistycznych obietnic oraz pamiętała, że optymalne metody badawcze są wciąż w fazie opracowywania.
Czy to wszystko oznacza, że przemoc w dzieciństwie oraz inne formy stresu nie mają powiązania z metylacją DNA i zmianami epigenetycznymi? Skrawki badań, o których napisaliśmy sugerują wręcz przeciwnie. Trudności w regularnym potwierdzeniu tych wstępnych wniosków nie oznaczają, że agresorzy oraz osoby znęcające się nad dzieckiem nie wpływają na zachodzenie zmian w epigenomie dziecka. Tylko, że konsekwencje potem bierze na siebie przyszła osoba dorosła.
Źródła:
- Childhoodexposure to violence and lifelonghealth: Clinicalintervention science and stressbiologyresearchjoinforces (DevPsychopathol 2013)
- Intra-individualchangeovertime in DNA methylation with familialclustering (JAMA 2008)
- Epigeneticdifferencesariseduring the lifetime of monozygotictwins (Proceedings of the NationalAcademy of Sciences USA 2005)
- Differentialimmune system DNA methylation and cytokineregulation in post-traumaticstressdisorder (American Journal of MedicalGenettics Part B Neuropsychiatric Genetics 2011)
- Analityczne badania kohortowe (Andrzej Zieliński)
- Wikipedia