Dołącz do czytelników
Brak wyników

Zdrowie i choroby , Laboratorium

22 stycznia 2016

Piętno w spadku

18

Wygląd masz po ojcu, za to naturalny wdzięk przypadł ci po matce? To nie przypadek. Cechy dziedziczymy po obojgu rodzicach według określonego klucza. Genetycy krok po kroku łamią go.

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, czyli RNA informacyjny (patrz grafika powyżej), także różnią się od siebie. Jeśli w RNA znajduje się tylko jeden wariant genu, to prawdopodobnie jest to gen naznaczony genomowo, ponieważ druga z kopii jest wyłączona.

Naukowcy sądzą, że zidentyfikowali tylko część genów naznaczonych genomowo. Wiele z nich decyduje o prawidłowym rozwoju mózgu, a błędy w imprintingu prowadzą do zaburzeń w rozwoju układu nerwowego. Jednym z najpoważniejszych jest tzw. zespół Angelmana. Dzieci dotknięte tą chorobą są nadaktywne i prawie nie potrafią mówić. Często śmieją się bez wyraźnej przyczyny. Ten zespół występuje niezwykle rzadko – dotyka jedno na 12–20 tys. dzieci. Co jest jego biologicznym podłożem? U chorych dzieci najczęściej brakuje niewielkiego kawałka chromosomu 15, który pochodzi od matki. Według szacunków, u 5 proc. chorych ten chromosom jest wprawdzie kompletny, ale niepoprawnie naznaczony, a znajdujące się na nim geny są wyłączone. Niestety, te same geny są zazwyczaj także wyłączone na chromosomie pochodzącym od ojca. Wskutek tego normalny rozwój mózgu tych dzieci jest zakłócony, a przejawem zaburzenia jest cieńsza osłonka mielinowa, czyli warstwa izolacyjna wokół włókien nerwowych.

Jeśli równowaga w chromosomie 15 zostanie zachwiana „na korzyść” większego wpływu cech matki, to pojawić się może kolejne rzadkie zaburzenie: zespół Pradera-Williego. Tomografia rezonansu magnetycznego u dzieci z tą chorobą wykazała, że mają one zmiany w strukturze przysadki mózgowej, słabo rozwinięty pień mózgu i wyraźnie cieńszą korę mózgową. Chorzy są upośledzeni umysłowo w stopniu lekkim i mają problemy hormonalne, które często prowadzą do otyłości, pojawiającej się już u dzieci w wieku przedszkolnym.

Błędnie naznaczeni
Wciąż nie wiadomo, w jaki sposób dochodzi do błędów w naznaczeniu genomowym. Eksperymenty na zwierzętach pokazały, że wiązać się to może ze zmianami hormonalnymi podczas dojrzewania komórki jajowej, jak również ze szczególnymi warunkami podczas sztucznego zapłodnienia. Błędy w imprintingu – jak dowiedli w 2009 roku naukowcy z National Institutes of Health w Bethesda (USA) – okazały się przyczyną zespołu Angelmana u dzieci, które zostały poczęte w wyniku sztucznego zapłodnienia. Ale choroba ta występuje tak rzadko, że dotychczas nie udało się stworzyć żadnej statystyki i trudno orzec, czy jej ryzyko jest większe w przypadku dzieci, których rodzice poddali się leczeniu bezpłodności.

Niektórzy naukowcy wychodzą z założenia, że błędy w imprintingu prowadzą również do częstszego występowania innych chorób o podłożu psychicznym, np. autyzmu i schizofrenii. Christopher Badcock z London School of Economics zauważa, że objawy autyzmu i paranoidalnej schizofrenii są jak lustrzane odbicia.

Badcock wspólnie z biologiem ewolucyjnym Bernardem Crespi z Simon Fraser University w British Columbia (Kanada) rozwinęli teorię, zgodnie z którą imprinting jest jednym z mechanizmów odpowiadających prawdopodobnie za przeciwstawny charakter zaburzeń psychicznych. Autorzy przedstawili swoje założenia w artykule opublikowanym w 2008 roku w czasopiśmie „Nature”. Zgodnie z nimi, do powstania autyzmu dochodzi w wyniku zbyt dużego wpływu cech ojca, natomiast do psychoz – w przypadku dominacji cech matki.

Jakkolwiek spekulatywnie by to brzmiało – różne wskazówki rzeczywiście potwierdzają hipotezę Badco[-]cka. Autyzm idzie często w parze z wysoką wagą urodzeniową. Dokładnie tego można by się spodziewać, jeśli autyzm w...

Ten artykuł dostępny jest tylko dla Prenumeratorów.

Sprawdź, co zyskasz, kupując prenumeratę.

Zobacz więcej

Przypisy