Er du aldri syk? Da kan du kanskje takke din mor og bestemor! Hvordan vi spiser, tenker og lever, programmerer genene våre og dermed helsa til kommende generasjoner. Denne programmeringa begynner allerede før et barn er unnfanget og kan nedarves gjennom flere slektsledd. Med andre ord kan kostholdet til din bestemor påvirke din helse i dag. Hvordan er det mulig?
Tekst Johnny Laupsa-Borge Foto Shutterstock
I 2007 sendte BBC et TV-program som presenterte for mange et nytt forskningsfelt kalt epigenetikk, hvor man studerer hvordan ulike faktorer påvirker aktiviteten og funksjonen til våre gener. Budskapet i programmet ble oppsummert på følgende måte: ”I hjertet av dette nye feltet ligger en enkel, men omstridt idé, nemlig at gener har ”hukommelse”, og at livet til dine besteforeldre – luften de pustet, maten de spiste, ordene de sa – kan påvirke deg flere tiår etterpå, trass i at du aldri har opplevd det samme selv.”
Etter programmet ble en artikkel publisert i det anerkjente tidsskriftet Nature, der professor i genetikk Adrian Peter Bird ved Universitetet i Edinburgh (Skottland) stilte spørsmålet om forskninga virkelig kan underbygge slike påstander.1 Ifølge Bird og andre forskere som arbeider med epigenetikk, er svaret ja.
Tilpasning
Anatomisk og fysiologisk tilpasning hos mennesket og andre organismer skjer ved endringer i arvematerialet (genomet) og karaktertrekk over lengre tidsrom, såkalt evolusjon. Slike endringer oppstår blant annet ved naturlig utvalg av individer med spesielle mutasjoner i sitt genom, det vil si at deres gener eller kromosomer er blitt endret. Mutasjoner medfører at forskjellige personer har ulike varianter (alleler) av en rekke gener (såkalte polymorfismer) og dermed ulike egenskaper. Variasjoner i kjønn, blodtype og øyenfarge er kjente eksempler på slike. Ulike alleler koder også for enzymer og andre proteiner med varierende evne til å fordøye, absorbere og omsette næringsstoffene i maten, til å avgifte kroppen, bekjempe infeksjoner og andre egenskaper som har betydning for helsa. Men det er ikke alt.
Tilpasning skjer også over kortere tidsrom i menneskets eller individets utvikling uten at våre gener endres gjennom mutasjoner. Slik tilpasning foregår blant annet gjennom epigenetiske prosesser.2 Epigenetikk (epi = over) er studiet av molekylære mekanismer som regulerer i hvilken grad gener uttrykker seg.3 Forenklet kan man si at organismen svarer på endrete miljøbetingelser uten å forandre den genetiske koden i arvematerialet, men ved at signaler fra miljøet gir nye instruksjoner til et gen om å ”slå seg på”, slik at det blir aktivt og koder for proteinet sitt, eller å ”slå seg av”. Her snakker man om endringer i organismens epigenom, som omfatter både den genetiske koden i DNA og den ofte arvbare informasjonen som styrer genuttrykket.
Det ”flytende” genomet
Epigenetikken er et av de mest aktive feltene innen vitenskapen. Forskning har blant annet vist at ett gen kan gi opphav til mange ulike proteiner med varierende egenskaper avhengig av hvilken informasjon genet mottar fra andre gener i arvematerialet (genomet), fra cellenes indre miljø og fra ytre omgivelser. Samtidig har man vist at det vi spiser, hvordan vi tenker og lever preger genene og dermed helsa til kommende generasjoner. Denne programmeringa begynner allerede før barnet er unnfanget og kan nedarves gjennom flere slektsledd.4,5,6 Dette kalles epigenetisk arv, og forståelsen av hvordan og under hvilke betingelser dette kan skje, representerer et paradigmeskifte innen ernærings- og miljømedisin.
I dag vet man en god del om hvordan et gen spiller sammen med andre gener og miljøet rundt og hvordan dette samspillet regulerer uttrykket til genene og dermed hvilke proteiner som dannes. Nå snakker man om vårt ”flytende” og tilpasningsdyktige arvemateriale, som kan gjennomgå større eller mindre endringer i ulike livsfaser, når man eldes, ved sykdom eller andre former for stress, under påvirkning av tanker og følelser, ved eksponering for kjemiske stoffer og ved å spise matvarer eller kosttilskudd som er rike på spesielle næringsstoffer.7,8,9,10
Epigenetiske systemer
Vi har vært vant til å tro at det først og fremst er den genetiske koden i arvematerialet (genotypen) som styrer kroppens biologiske prosesser og former våre karaktertrekk (fenotypen), inkludert sykdomsrisiko. I virkeligheten er det altså mye mer komplisert. Hvordan man utvikler seg og hvilke sykdommer man er disponert å få, avhenger av genenes aktivitet eller funksjon fra vogge til grav, noe som påvirkes av en rekke miljøfaktorer, slik som miljøgifter, kostholdet, fysisk aktivitet, elektromagnetiske felt, graden av omsorg, stressnivået og til med tanker og følelser.1,7,11,12
Samspillet mellom ulike genetiske mekanismer og miljøfaktorer regulerer eller endrer genuttrykket for kortere eller lengre tid. Det skjer gjennom aktivering av komplekse, epigenetiske systemer. Disse involverer en rekke proteiner og andre molekyler som binder seg til spesielle steder i genomet.
I kromosomene er DNA-trådene bundet til og kveilet rundt spesielle proteiner kalt histoner i et kompleks som kalles kromatin. Kjemiske forbindelser som binder seg til histonene, endrer strukturen til kromatinene og bestemmer om det molekylære apparatet i cellene som skal lese av genene og videreformidle informasjonen, får adgang eller ikke.3,13
Blant modifiserende molekyler finnes blant annet acetyl-, metyl- og fosfatgrupper. Acetylgrupper (skrives –COCH3) som binder seg til halen på histoner, er ofte forbundet med genaktivitet, mens metylgrupper (–CH3) kan ”slå av” eller ”på” gener avhengig av hvor molekylet fester seg på proteinet. Metyleringer av spesielle steder på selve DNA-strengen vil som regel ”slå av” genet, men ikke alltid.
Epigenetiske systemer består av meget komplekse mekanismer og fungerer ikke nødvendigvis som av- eller på-knapper, men kan opptre mye mer fleksibelt. De epigenetiske markørene påvirkes dynamisk både av gener som koder for dem, og signaler fra miljøet. I tillegg til metylering av DNA og binding av modifiserende stoffer til histoner, ser det også ut til at RNA-molekyler spiller en viktig rolle for å regulere genuttrykket, og forskerne oppdager stadig nye mekanismer. Blant annet har elektromagnetisk stråling fra kroppens egne celler og naturlige kilder i omgivelsene en sentral regulerende funksjon. Til og med energetiske signaler frambrakt av tanker og følelser fanges opp av spesielle mottakere (reseptorer) i cellene og kan påvirke genuttrykket og fysiologiske prosesser.7
Arvbare spor
De kjemiske sporene og strukturelle endringene som epigenetiske systemer etterlater seg i genomet, kan i en del tilfeller nedarves og påvirke egenskapene til etterkommerne. Forsk-
ning har blant annet vist at DNA-metylering av gener kan overføres fra generasjon til generasjon.1 Eksempler på slike arvbare epimutasjoner er godt dokumentert hos planter og sopp.
Ved hjelp av meget følsomt analyseverktøy har man også hos dyr påvist at epigenetiske spor kan overføres mellom generasjoner. Ett eksempel er forskninga rundt såkalte agouti-mus (se egen boks). Genetisk informasjon kan med andre ord formidles mellom foreldre og avkom ved hjelp av den genetiske koden i DNA og ved hjelp av epigenetiske mekanismer der miljøet preger genomet med markører som endrer genuttrykket.
Gener med ”hukommelse”
Den vanligste definisjonen av epigenetikk krever at de ervervete sporene skal være arvbare fra en celle til dens datterceller eller mellom generasjoner av organismer. En nyere definisjon setter ikke et like strengt krav til arvbarhet fordi mange epigenetiske spor slettes under celledeling eller i løpet av fosterstadiet når en organisme utvikler seg. Dette gjelder både DNA-metylering og modifisering av histoner.
Ifølge den nye definisjonen kan man utlede at epigenetiske spor ikke nødvendigvis er en årsak til, men snarere en konsekvens av endret genuttrykk forårsaket av en miljøpåvirkning eller andre mekanismer.1,14 De epigenetiske sporene kan man betrakte som cellens forsøk på å sanse, markere og bevare endringer i kromosomenes tilstand, slik at viktige ”erfaringer” ikke går tapt. I en slik forstand kan man snakke om geners ”hukommelse”.
Epigenetikk og evolusjon
Epigenetiske mekanismer ser ut til å spille en viktig evolusjonær rolle.13 Noen blir nemlig epigenetisk bedre tilpasset enn andre og dermed mindre utsatt for sykdom i et gitt miljø. Det skyldes at epigenetisk programmering ikke bare skaper én fenotype hos alle individer i et ungekull, men graderte forskjeller. Dessuten preges individer med ulike varianter av de samme genene (polymorfismer) ulikt av miljøet.
Livets første fase
Den viktigste tida for epigenetisk preging er i livets aller første fase. De miljømessige betingelsene som et barn utsettes for under svangerskapet og de første leveåra, programmerer hvordan arvematerialet uttrykker seg senere i livet og bestemmer i høy grad personens anatomiske, fysiologiske og psykologiske karaktertrekk.13 Summen av slike karaktertrekk (fenotypen) og foranderligheten (plastisiteten) i dette bestemmer vår evne til å tilpasse oss endringer i miljøet innenfor visse grenser. Dette har derfor svært stor betydning for våre liv: barns (og barnebarns) helse og sykdomsrisiko preges i store deler av livet av miljøfaktorer som mor og far (og bestemor og bestefar) har vært påvirket av, ikke minst mødrenes kosthold og livsstil under svangerskapet og amming. Konsekvensene skal vi se nærmere på i neste sak.
Kilder:
1. Bird A. Perceptions of epigenetics. Nature 2007; 447: 396-8. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17522671
2. McLachlan JA. Environmental signaling: what embryos and evolution teach us about endocrine disrupting chemicals. Endocrine Reviews 2001; 22: 319-41. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11399747
3. Allis CD, Jenuwein T, Reinberg D mfl, red. Epigenetics. New York: Cold Spring Harbor, 2007.
4. Reik W, Walter J. Genomic imprinting: parental influence on the genome. Nature Reviews Genetics 2001; 2: 21-32. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11253064
5. Surani MA. Reprogramming of genome function through epigenetic inheritance. Nature 2001; 414: 122-8. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11689958
6. MacDonald WA. Epigenetic mechanisms of genomic imprinting: common themes in the regulation of imprinted regions in mammals, plants, and insects. Genetics Research International 2012; 2012: 17 pages. doi:10.1155/2012/585024. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22567394
7. Lipton BH. The biology of belief. Santa Rosa, CA: Mountain of Love Productions, 2005.
8. Ho M-W. Genetic engineering – dream or nightmare? Turning the tide on the brave new world of bad science and big business. New York: The Continuum Publishing Group, 2000.
9. Choi S-W, Friso S, red. Nutrients and epigenetics. New York: CRC Press, 2009.
10. Waterland RA, Jirtle RL. Transposable elements: targets for early nutritional effects on epigenetic gene regulation. Molecular and Cellular Biology 2003; 23: 5293-300. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12861015
11. Eccleston A, DeWitt N, Gunter C mfl. Epigenetics. Nature 2007; 447: 395. http://www.nature.com/nature/journal/v447/n7143/full/447395a.html
12. Laupsa-Borge J. Miljøet programmerer dine gener. Helsemagasinet VOF 2011; 5: 51-60. https://www.vof.no
13. Burdge GC, Hanson MA, Slater-Jefferies JL mfl. Epigenetic regulation of transcription: a mechanism for inducing variations in phenotype (fetal programming) by differences in nutrition during early life? British Journal of Nutrition 2007; 97: 1036-46. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17381976
14. Feinberg A. Phenotypic plasticity and the epigenetics of human disease. Nature 2007; 447: 433-40. http://www.nature.com/nature/journal/v447/n7143/abs/nature05919.html
15. Dolinoy DC, Huang D, Jirtle RL. Maternal nutrient supplementation counteracts bisphenyl A-induced DNA hypomethylation in early development. Proceedings of the National Academy of Sciences 2007; 104: 13056-61. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17670942