geny, wychowanie, to pośrodku

Jednym z fundamentalnych praw klasycznej genetyki jest odziedziczalność cech wynikających z informacji zapisanej wyłącznie w linii zarodkowej, w komórkach rozrodczych, jako, że to właśnie one - nieprzerwanie od milionów lat - dokonują transferu materiału genetycznego. Nie ulega przekazaniu materiał genetyczny zapisany w reszcie komórek ciała i to co się z nimi dzieje nie powinno mieć bezpośredniego wpływu na materiał genetyczny potomstwa. Ucięte kończyny nie spowodują braku kończyn u potomstwa, nie dziedziczymy nabytej wiedzy a uszkodzenia materiału genetycznego, wywołane na przykład przez promieniowanie UV, nie zostaną przekazane potomstwu tak długo, jak nie będą dotyczyć gamet (komórek rozrodczych). Wydaje się to dość jasne. Okazuje się jednak, że stres jakiego doświadcza jeden z rodziców może zaowocować zaburzeniami nawet w trzecim pokoleniu. Póki co - u gryzoni, ale mechanizm dotyczy prawdopodobnie także ludzi.

Czy utracone kończyny na pewno nie są dziedziczone?

Zjawiska epigenetyczne to wciąż nie do końca poznane mechanizmy dziedziczenia niebezpośrednio genetycznego - czynniki wpływające na końcowy wynik wcielania w życie przepisu zawartego w DNA, regulujące aktywność genów wewnątrz komórki - wpływają m.in. na włączanie i wyłączanie (wyciszanie) ich transkrypcji (przepisywania DNA na RNA). Materiał genetyczny we wszystkich komórkach ciała jest taki sam, jednakże zjawiska epigenetyczne powodują, że w poszczególnych tkankach wyciszane są jedne geny a aktywowane inne, tak, by organy mogły realizować swoje funkcje. Nie zawsze dzieje się to w sposób właściwy dla rozwoju człowieka, czynnikami wpływającymi na zmiany epigenetyczne są także czynniki środowiskowe, takie jak ekspozycja na substancje chemiczne czy stres środowiskowy. Mechanizm dezaktywacji pewnych genów zachodzi również np. w niektórych formach nowotworów, kiedy wyłączają one mechanizmy korekcyjne DNA, ułatwiając sobie rozwój.

Podejrzeń o epigenetycznej odziedziczalności zaburzeń psychicznych dostarczają badania przeprowadzone pod nadzorem Isabelle Mansuy z Universität Zürich. Samce myszy poddane zostały silnemu stresowi (w dość okrutny sposób) i pozbawiono je opieki matczynej przez pierwsze dwa tygodnie życia. Jak nietrudno się domyślić, myszy przejawiały wyższy poziom niepokoju i zaburzenia zachowania. Badacze donoszą, iż myszom podano środki farmakologiczne mające złagodzić wywołane objawy. W wypadku ludzi, podobne traumatyczne doświadczenia w pierwszym okresie życia wiążą się z większym prawdopodobieństwem pojawienia się pozabezpiecznych forma przywiązania - nieprawidłowości w funkcjonowaniu relacji dziecka z matką, które w dorosłym życiu mogą przekładać się na zaburzenia relacji w związkach. Badacze zaobserwowali, iż kolejne pokolenie (a w niektórych wypadkach - drugie pokolenie potomne) także przejawiło podobne objawy.


Dlaczego tak się stało, skoro nie mogły zajść mutacje w materiale genetycznym linii zarodkowej? Badacze odkryli, iż geny, które można powiązać z takimi zmianami w zachowaniu przejawiły - obecne w nasieniu poddanych stresorom samców, ale także mózgach i komórkach linii zarodkowej ich potomstwa - zmiany na poziomie metylacji DNA. Jest to proces przyłączania grup metylowych do łańcucha DNA, regulujący ekspresję genów i tym samym proces rozwoju tkanek - wcielania w życie przepisu zawartego w odziedziczonych po rodzicach genach. Najwyraźniej zmiany w metylacji genów są w jakiś sposób dziedziczone.

Wybarwione komórki szczurzego móżdżku

Podobne wnioski wynikają z badań przeprowadzonych przez zespół pod kierownictwem Davida Sweatta z University of Alabama. Szczury wychowywane przez matki przejawiające zachowania niesprzyjające rozwojowi młodego szczura (niedelikatne traktowanie, deptanie, szarpanie, upuszczanie, aktywne unikanie) przez okres jednego tygodnia przejawiały zmiany na poziomie epigenetycznym. Zaobserwowano u nich, wynikającą ze zmian w metylacji DNA neuronów kory przedczołowej, częściową dezaktywację genów odpowiadających za mózgopochodny czynnik neurotropiczny (ang. brain-derived neurotrophic factor, BDNF; brzmi jak doskonała nazwa dla pochodzącego z kosmosu wirusa odpowiadającego za zmianę ludzi w zombi), substancję kluczową dla rozwoju i wzrostu neuronów i tworzenia się synaps. W wyniku tego, w dużym stopniu przyczynia się do utrzymywania równowagi psychicznej u ludzi (i u szczurów) - deficyty BDNF obserwuje się u ludzi dotkniętych schizofrenią, dwubiegunowymi zaburzeniami afektywnymi, depresją, chorobą Alzheimera i wielu innych zaburzeniach natury psychicznej. Zmiany te widoczne były także u potomstwa maltretowanych samiczek. 

Analogiczny sposób przekazywania zaburzeń wydaje się wchodzić w grę także w wypadku schizofrenii - u myszy wychowywanych przez zaniedbujące matki znaleziono wiele (w porównaniu z myszami wychowywanymi przez opiekuńcze matki) epigenetycznych zmian dotykających genu GAD-1, odpowiadającego za produkcję neuroprzekaźnika GABA, odgrywającego istotną rolę w regulacji emocji. Sekcje zwłok ludzi dotkniętych schizofrenią wykazują deficyty tego neurotransmitera w ich mózgach.

* * *

W ten sposób zaburzenia wędrują poprzez pokolenia, zwiększając prawdopodobieństwo wystąpienia ich u dzieci dotkniętych nimi osób i przyczyniając się do dziedziczenia patologii. Badanie dotyczące szczurów i deficytów BDNF pokazało także, że zmiana maltretującej swoje potomstwo matki nie wystarcza, by odwrócić efekty przenoszone przez zmiany epigenetyczne. Konieczne okazało się zastosowanie farmakoterapii. Na szczęście, odziedziczenie określonej metylacji DNA jest to jednoznaczne z wystąpieniem zaburzeń. Badania wykazują także, że zwiększanie dobroci środowiska w jakim wzrasta pokolenie potomne, zapewnianie mu dobrego odżywiania, bogactwa bodźców którymi karmi się rozwijający się mózg, czasem w połączeniu z rozwijającą się farmakoterapią skierowaną na procesy natury epigenetycznej, pozwalają na odwrócenie efektów odziedziczonych zmian. Wraz z rozwojem epigenetyki, odkrywamy bogactwo zagrożeń dla rozwoju mózgu i potencjalnych przyczyn chorób psychicznych, zyskujemy jednakże nowe możliwości korekcyjnego oddziaływania. Środowisko wzrostu jeszcze nie i dopiero co narodzonego mózgu raz jeszcze okazuje się mieć ogromne znaczenie dla jego dalszego rozwoju.


grafika:
sceny z Ataku Klonów i Imperium Kontratakuje, za Wookieepedią
zmiany epigenetyczne - blog PZ Myersa, za Racjonalista.pl
szczurzy mózg - dopamineharper


źródło:

Franklin TB, Russig H, Weiss IC, Gräff J, Linder N, Michalon A, Vizi S, & Mansuy IM (2010). Epigenetic transmission of the impact of early stress across generations. Biological psychiatry, 68 (5), 408-15 PMID: 20673872

Roth, T., Lubin, F., Funk, A., & Sweatt, J. (2009). Lasting Epigenetic Influence of Early-Life Adversity on the BDNF Gene Biological Psychiatry, 65 (9), 760-769 DOI: 10.1016/j.biopsych.2008.11.028

Zhang TY, Hellstrom IC, Bagot RC, Wen X, Diorio J, & Meaney MJ (2010). Maternal care and DNA methylation of a glutamic acid decarboxylase 1 promoter in rat hippocampus. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience, 30 (39), 13130-7 PMID: 20881131