Kořeny epigenetiky – tedy vědy o dědičnosti, která není uložena přímo v písmenech genetického kódu - sahají 60 let nazpět do minulosti. Přesto je toto odvětví genetických věd stále na počátku svého rozvoje. Velký rozruch na poli epigenetiky vyvolala studie australského týmu vedeného Margaret Morrisovou z University of South Wales v Sydney zveřejněná prestižním týdeníkem Nature. Experimenty provedené na laboratorních myších naznačují, že vysoký příjem tuků a následná obezita vyvolávají epigenetické změny ve spermiích. Potomstvo obézních otců postižených dysfunkcí beta-buněk pankreatu má v důsledku těchto změn rovněž silný sklon k dysfunkci beta-buněk. A to i v případě, že potomstvo není krmeno dietou s vysokým obsahem tuku a není stiženo obezitou. Efekt vypadá jako rehabilitace zjednodušených výkladů lamarkismu. Samci získali působením podmínek vnějšího prostředí novou vlastnost – obezitu, narušenou toleranci ke glukóze a sníženou citlivost k inzulínu. Dispozici k těmto změnám pak předali v dědičné informaci potomstvu.
V pankreatu potomstva obézních myšáků je změněna exprese 642 genů typických pro tento orgán. Pozměněná exprese postihla celkem 13 skupin genů, mezi kterými jsou geny kódující proteiny cytoskeletu, proteiny zajišťující intracelulární transport a dále proteiny vážící ionty nebo ATP. Z ryze funkčního hlediska patří geny s odlišnou expresí do signálních drah apoptózy, buněčného cyklu a dále pak do signálních drah spouštěných ionty vápníku a proteiny MAPK a Wnt.
Sekvence příslušných genů jsou shodné u otců i jejich potomků. Dědění dispozic je podle Morrisové dáno epigeneticky. Epigenetické změny jsou často vyvolány metylací DNA, konkrétně metylací cytosinu. To ale zřejmě není tento případ, protože gen Il13ra2, který má u potomků obézních myšáků bezmála poloviční expresi ve srovnání s potomstvem myšáků s normální hmotností, je u potomků obézních myšáků hypometylován. Metylace cytosinu v genu Il13ra2 potomků obézních otců dosahuje jen čtvrtiny úrovně metalyce zjištěné u potomků otců s normální hmotností. Potlačení exprese je tedy vyvoláno jinými epigenetickými změnami. Do úvahy připadá např. modifikace histonů nebo změny v nekódujících molekulách RNA.
Již dříve byly popsány epigenetické změny přenášené na potomstvo obézními myšími matkami. V případě matek je vysvětlení přenosu epigenetických změn jednodušší, protože během gravidity působí na vyvíjející se plod prostředí obézního mateřského organismu a to může vyvolat přímo epigenetické změny v genomu potomka. Není tedy nutné, aby docházelo k epigenetickým změnám během gametogeneze a epigenetické změny byly přeneseny na potomky v genomu pohlavní buňky. Obecně se má za to, že genom plodu reaguje na podmínky v mateřském organismu adaptačními epigenetickými změnami. Pokud je plod vystaven stresu, můžou adaptační epigenetické změny vyústit v razantní změny exprese široké škály genů. To má následně dopad i na fenotyp a zdravotní stav potomka.
V lidské populaci je považována za příklad takto navozených epigenetických změn populace dětí narozených matkám, jež během gravidity na přelomu let 1944 a 1945 zažily v městech západního Nizozemí tzv. hladovou zimu. Denní kalorický příjem těhotných žen pod 1000 kcal měl u jejich dětí za následek malý vzrůst a vysoký výskyt některých metabolických poruch. Některé z těchto vlastností se projevily i v další generaci, tedy u potomků dětí narozených po „hladové zimě“. Dá se předpokládat, že epigenetické změny vyvolané v organismu plodu vystaveného nedostatku živin „deformovaly“ epigenom a bude trvat několik generací, než se tato deformace opět „narovná“.
Epigenetické změny můžou být vyvolány i méně drastickými zásahy do jídelníčku. Pokusy týmu Randalla Jirtleho z Duke University demonstrovaly normalizaci exprese genu agouti u myší pouhou změnou diety březích samic. Myší matky s nadměrnou expresí genu agouti mají rezavě zbarvenou srst a projevuje se u nich silný sklon k obezitě a nádorovým onemocněním. Pokud jsou krmeny během gravidity dietou bohatou na donory metylové skupiny (cholin, betain, vitamin B12 aj.), pak dojde v genomu plodu ke zvýšené metylaci genu agouti a ke snížení jeho exprese. Tato normalizace exprese genu agouti se u potomstva projeví normální hnědou barvou srsti a razantním ústupem obezity i sklonu k nádorovému bujení.
Je těžké vyvozovat ze studií na myších konkrétní závěry pro lidskou populaci. Studie týmu Margaret Morrisové navíc nedovoluje rozhodnout, zda pro navození epigenetických změn postačuje jednorázový příjem vysokokalorické potravy, nebo zda musí být příjem dlouhodobý, popřípadě celoživotní.
„Rozhodně to neznamená, že když muž ve dne sní hamburger a v noci pak počne dítě, bude mít potomka s dysfunkcí beta-buněk,“ říká v komentáři pro Nature Tracy Baleová z University of Pennsylvania, která se zabývá vlivem epigenetických změn na lidské zdraví.
Morrisová poukazuje na fakt, že v ekonomicky vyspělých zemích má významný podíl žen v reprodukčním věku buď nadváhu anebo jsou obézní. Totéž platí i o otcích.
„Možná to ovlivňuje gamety tak, že se některé dispozice přenášejí na další generaci,“ říká Margaret Morrisová.
Pramen: Nature