Piętno w spadku

Rodzice dają nam zawsze niezwykły prezent – 23 chromosomy dostajemy od matki i tyle samo od ojca. Dlatego każda komórka naszego ciała zawiera dwie wersje tego samego genu – po jednej w spadku od każdego z rodziców. Czy to znaczy, że po równo dziedziczymy cechy matki i ojca? Że geny ojca i matki mają taki sam wpływ na to, jacy jesteśmy?
Niekoniecznie. Wyniki najnowszych badań z dziedziny biologii molekularnej zaprzeczają tej teorii. Okazuje się, że w trakcie rozwoju mózgu, w niektórych jego obszarach przewagę zyskują geny ojca, a w innych dominują geny matki. I tak na przykład ojcowskie geny w większym stopniu określają nasz wzrost, nawyki żywieniowe i płodność. Natomiast geny matki silniej wpływają na rozwój obszarów odpowiedzialnych za kompleksowe myślenie, a także bardziej niż ojcowskie warunkują skłonność do niektórych chorób psychicznych.

Od mamusi, od tatusia
Jak to się jednak dzieje, że w tym procesie przekazywania przez rodziców genetycznego spadku raz preferujemy ojca, a raz matkę? Badacze dopiero niedawno zrozumieli mechanizm, jaki się za tym kryje. Nazwali to zjawisko rodzicielskim piętnem lub naznaczeniem genetycznym (ang. imprinting). Aby gen rodzica wpłynął na cechy potomka, najpierw musi zostać odczytany. A to zależy od zmian chemicznych w substancji dziedzicznej DNA. One decydują, czy dany gen zostanie wyciszony, czy też przeciwnie – uaktywniony.

Niektóre geny matki zostają wyłączone już w komórce jajowej. Podobnie dzieje się z genami w plemnikach ojca – tyle tylko, że w każdym z tych przypadków chodzi o inne geny. W zapłodnionej komórce jajowej panuje równowaga między aktywnymi i wyciszonymi genami od ojca i od matki. Zaburzenie tej równowagi może doprowadzić do poważnych problemów zdrowotnych u potomka, łącznie z upośledzeniem umysłowym. Niektórzy naukowcy przypuszczają, że nawet niewielkie błędy w tym procesie są przyczyną takich chorób jak autyzm, schizofrenia czy alzheimer.
W przypadku genetycznego na[-]zna[-]cze[-]nia mamy do czynienia z epige[-]ne[-]tycz[-]nym mechanizmem, wy[-]cho[-]dzą[-]cym poza genetykę. Chodzi o mo[-]le[-]ku[-]larną zmianę w komórce, która włącza lub wyłącza dany gen, nie zmieniając przy tym zawartej w genie informacji. Jeśli ten proces zachodzi już w komórkach jajowych i plemnikach, mówimy o rodzicielskim piętnie ge[-]no[-]mo[-]wym. Ale późniejsze wydarzenia w naszym życiu też nieustannie zmieniają wzór naznaczenia chro[-]mo[-]so[-]mów.

Naznaczeni przez rodzica
Jeszcze kilkadziesiąt lat temu naukowcy nie zdawali sobie sprawy, że w naszym łańcuchu DNA oprócz kodu genetycznego znajdują się także inne istotne dla dziedziczenia czynniki. Na początku lat 80. dwa niezależne zespoły badaczy pod kierunkiem Azima Surani z University of Cambridge oraz Davora Soltera z Wistar Institute w Filadelfii próbowały wyhodować myszy, które posiadałyby szczególne zestawy chromosomów – albo pochodzące tylko od matki, albo wyłącznie od ojca. Teoretycznie takim myszom nie powinno było nic dolegać, dysponowały przecież prawidłową liczbą chromosomów. W rzeczywistości wszystkie bardzo szybko zdechły. To dowodzi, że nie wystarczy, by każdy chromosom miał parę genów; muszą one pochodzić w równej części od ojca i od matki. Tylko dlaczego tak się dzieje?

Na początku lat 90. badacze byli bardzo blisko odpowiedzi na to pytanie. Wiele zespołów z różnych ośrodków badawczych zidentyfikowało pierwsze naznaczone geny u myszy. Wszystkie miały związek z białkiem o nazwie „insulinopodobny czynnik wzrostu II” (ang. insulin-like growth factor, IGF-II). W komórkach jajowych mysich mam wyłączono ten gen, aby tylko gen ojca mógł dostarczyć białko wywołujące wzrost embrionu. Natomiast w plemnikach mysich ojców wyciszono białko hamujące wzrost.

Także u ludzi naukowcy znaleźli w tym czasie blisko 60 genów, które były specyficznie naznaczone przez jednego z rodziców. Jak dochodzi do tego rodzaju naznaczenia? Jednym z najważniejszych mechanizmów jest metylacja, prowadząca do takiej modyfikacji DNA, która może zostać odziedziczona, a następnie usunięta bez zmiany sekwencji DNA. Metylacja polega na tym, że określony enzym przyłącza do określonych obszarów genu tak zwane grupy metylowe. Te z kolei są w stanie zablokować proces odczytania informacji zawartych w genie – w efekcie nie dojdzie do syntezy białka. Im stopień metylacji większy, tym słabsza ekspresja genu.

Naznaczanie genomowe rozpoczyna się już podczas rozwoju komórek jajowych lub plemników w embrionie, co pokazały badania na myszach. Najpierw „wykasowano” u nich stare naznaczenia w komórkach płciowych, a następnie umieszczono w nich żeński lub męski wzór imprintingu, w zależności od płci embrionu. Te zmiany pozostały po narodzinach i utrzymywały się u dorosłych samic podczas dojrzewania komórki jajowej aż do owulacji.

Czytanie genu
Jeśli w zapłodnionej komórce jajowej nie zostanie naznaczona ani kopia genu od ojca, ani od matki, to obie zostaną zamienione w białka, a wynik końcowy będzie odpowiadał kombinacji cech odziedziczonych od obojga rodziców. Jeśli natomiast gen na przykład matki zostanie wyłączony w wyniku metylacji, to do głosu dochodzi czynnik dziedziczny pochodzący od ojca.

Eksperymentalne badanie naznaczenia genomowego wymaga dużego nakładu pracy i środków finansowych. Jeśli dana osoba posiada dwie kopie jednego genu, które różnią się od siebie, biolodzy molekularni są w stanie sprawdzić, który z nich zostanie odczytany. Powstające wtedy odpisy,...