Epigenetiska förändringar har förknippats med många sjukdomar, som diabetes, hjärt-kärlsjukdomar, cancer och schizofreni. Men förutom i några specifika fall vet forskarna ännu inte när epigenetiska förändringarna orsakar sjukdomen eller när de bara är en konsekvens av den.
Epigenetik är ett relativt nytt forskningsområde. Conrad Waddington, myntade uttrycket på 1940-talet men det var först på 1990-talet som forskningen tog fart eftersom man först då började kunde förklara epigenetiska funktionsmekanismer inom molekylärbiologin.
Att förklara vad epigenetik är för något är inte lätt. Ordet epigenetik betyder ordagrant ovanpå generna. Ytterst förenklat handlar det om forskning kring hur arvsmassan, DNA, programmerar cellerna i kroppen.
En österrikisk forskare har liknat skillnaden mellan genetik och epigenetik som mellan att skriva och läsa en bok. När en bok är färdigskriven och når ut till läsarna är texten, generna, eller den information som lagras i DNA, den samma i alla exemplar. Men varje enskild läsare gör sin egen tolkning av det som står i boken. Epigenetiken fungerar på ungefär samma sätt: en bestämd mall, den genetiska koden, läses och tolkas på olika sätt beroende på vem det är som läser, och under vilka förhållanden.
Styr generas aktivitet
Människokroppen är uppbyggd av mer än 250 olika celltyper. De har skapats genom att ett utvecklingsstadium följts av ett annat från äggets befruktning till de färdiga celltyperna i fostret. Under varje stadium fästs så kallade epigenetiska minnen vid cellens arvsmassa. De begränsar successivt varje cells möjlighet att bilda olika celltyper. Epigenetiken styr med andra ord vilka gener som ska aktiveras och vilka som ska stängas ner, tystas, vilket har gjort att den kommit allt mer i fokus när det gäller studier kring sjukdomsutveckling. Allt mer tyder på att sjukdomar inte bara beror på hur arvsmassan ser ut, utan också på hur den styrs. Det handlar dels om kemiska förändringar av själva DNA-strängen, så kallade metyleringar, dels om hur arvsmassan förpackas i cellkärnan. Detta skiljer sig åt mellan olika människor och påverkas både av våra gener och av vår miljö.
Tvillingpar – samma gener men olika epigenom
Att epigenetiken kan förändras av faktorer i omgivningen vet man genom studier på enäggstvillingar. Trots att de har identisk genuppsättning så skiljer sig genuttrycken tydligt bland äldre tvillingpar som levt åtskilda länge, i olika miljöer och med olika livserfarenheter.
Epigenetiska tillstånd bakom ett visst symtom kan se mycket olika ut hos olika individer. Arvsmassan skiljer sig som mest med 0,8 procent mellan två människor, men för epigenomet är motsvarande andel drygt 10 procent.
För att ett tillstånd ska få kallas epigenetiskt måste två kriterier uppfyllas. Det ska vara stabilt nedärvbart från en cellgeneration till nästa samt reglera när, var och hur ett arvsanlag uttrycks under till exempel en mognadsprocess. Kromatinet, ”arvsmassans kläder”, är i blickfånget eftersom det uppfyller kriterierna.
En hypotes som vinner allt fler anhängare är att de flesta former av cancer uppstår till följd av epigenetiska rubbningar i stamceller. Dessa rubbningar bäddar i sin tur för genetiska förändringar och problem när cellen ska mogna. Om denna hypotes visar sig hålla kan många cancerformer, kanske alla, ha samma ursprung.
Genetisk strömbrytare
Epigenetiska markörer reglerar om olika regioner i ett genom är ”öppna” eller ”slutna”. På det sättet styr de om generna är ”på” eller ”av”. En betydande egenskap är att markörerna kan ärvas och föra tillståndet ”på” eller ”av” vidare när cellen delar sig. För närvarande känner man till tre huvudaktörer: RNA, nukleosomen och DNA-metylering – epigenetikens tre grundpelare. De här tre aktörerna samspelar intimt med varandra för att slå på och av gener som är nödvändig för att åstadkomma en komplex organism.
Om cellerna misslyckas med att tysta vissa gener kan det leda till en förödande kakofoni. För lite DNA-metylering kan förändra kromatinet, vilket i sin tur påverkar vilka gener som tystas efter en celldelning. För mycket metylering kan omintetgöra det arbete som utförs av skyddande tumörsuppressorgener och DNA-reparationsgener. Man har sett sådana epimutationer vid en rad olika cancertyper. Dessa insikter öppnar nya vägar mot tänkbara behandlingar av sjukdomar.
Botande stamcellsbehandling?
Forskarna hopps att det i framtiden ska bli möjligt att avläsa en individs epigenetiska mönster och utifrån detta avgöra hur stor risken för att den personen ska drabbas av till exempel cancer.
I ett längre perspektiv finns det hopp om att skapa individspecifika embryonala stamceller genom att omprogrammera patientens kroppsceller till pluripotenta stamceller i labbmiljö för att sedan återföra dem till patienten genom transplantation.
Text Carina Dahlberg/KAW
Bild Magnus Bergström