Den mest spændende nylige udvikling inden for human genetisk forskning har været evnen til at udføre store systematiske studier af genetisk variation hos tusinder af mennesker. Disse genomdækkende foreningsundersøgelser (GWAS'er) har revolutioneret vores forståelse af mange forskellige komplekse sygdomme.
Men på trods af disse fremskridt er vi stadig kun i stand til at forklare en lille brøkdel af arveligheden af mange sundhedsmæssige forhold. I en undersøgelse, som mit laboratorium har netop offentliggjort i Science, viser vi, at en persons egenskaber kunne blive stærkt påvirket af genetisk variation i en uventet del af genomet, som er blevet overset i tidligere undersøgelser.
De miljømæssige faktorer, der spiller en rolle sammen med genetik ved bestemmelse af en persons egenskaber, er også til stede i livmoderen. Når afkom er i livmoderen, har det, som deres mødre oplever miljømæssigt (inklusive kost, stress, rygning), potentialet til at påvirke et afkoms egenskaber, når de bliver voksne. Denne "udviklingsprogrammering" forstås at være en stor bidragyder til den fedmeepidemi, der ses i dag.
En vigtig aktør i denne proces er epigenetik. Epigenetik er ændringer, der sidder uden for genomet og bestemmer, hvilke bits DNA der skal gøres mere aktive eller inaktive. En sådan ændring involverer mærkning af DNA med forbindelser kaldet methylgrupper. Methylgrupper bestemmer, om gener udtrykkes (tændes) eller ej. Leverceller og nyreceller er genetisk identiske bortset fra deres epigenetiske mærker. Det er blevet foreslået, at et afkoms epigenetiske profil vil ændre sig som reaktion på et dårligt miljø i livmoderen.
I vores undersøgelse sammenlignede vi afkom fra gravide mus, når de fik en diæt med lavt proteinindhold (8% protein) og en normal diæt (20% protein). Efter at de var fravænnet, fik alle afkom en normal diæt. Vi så på forskellen i afkomets DNA-methylering og sammenlignede de mus, hvis mødre havde en diæt med lavt proteinindhold, med dem, hvis mødre havde en normal diæt.
Ser på det forkerte sted
Oprindeligt fandt vi intet, så det var en stor overraskelse, men så kiggede vi på de ribosomale DNA (rDNA) data og fandt enorme epigenetiske forskelle. Ribosomalt DNA er det genetiske materiale, der danner ribosomer - de proteinbyggende maskiner i cellen.
Når celler er stressede - for eksempel når næringsstoffer er lave - ændrer de proteinproduktionen som en overlevelsesstrategi. Hos musene, hvis mødre blev fodret med en diæt med lavt proteinindhold, fandt vi, at de havde methyleret rDNA. Dette bremsede ekspressionen af deres rDNA og resulterede i mindre afkom - så meget som 25% lettere.
Disse epigenetiske virkninger forekommer i et kritisk udviklingsvindue, mens afkom er i livmoderen, men er en permanent effekt, der forbliver i voksenalderen. Så en mors diæt med lavt proteinindhold under graviditet vil sandsynligvis have en mere alvorlig konsekvens af afkomets epigenetiske tilstand og vægt end et afkoms egen diæt, efter at det er fravænnet.
Ser vi ud over de epigenetiske markører, da vi så på den grundlæggende genetiske sekvens af rDNA, fandt vi en endnu større overraskelse. Selvom alle musene i undersøgelsen blev opdrættet for at være genetisk identiske, fandt vi, at rDNA mellem de enkelte mus ikke var genetisk identisk - og at selv inden for en individuel mus var forskellige kopier af rDNA genetisk forskellige. Så der er enorm variation i rDNA, som også spiller en stor rolle i bestemmelsen af afkomens attributter.
I ethvert givet genom er der mange kopier af rDNA, og vi fandt ud af, at ikke alle kopier af rDNA reagerede på samme måde epigenetisk. Kun en type rDNA - "A-varianten" - syntes at gennemgå methylering og påvirke vægten. Dette betyder, at den epigenetiske respons fra en given mus bestemmes af den genetiske variation af deres rDNA - de, der har mere A-variant rDNA, ender med at blive mindre.
Arvelighed (hvor meget risikoen for en sygdom forklares af genetiske faktorer) af type 2-diabetes er blevet estimeret til at være mellem 25% og 80% i forskellige undersøgelser. Imidlertid er kun ca. 20% af arveligheden af type 2-diabetes forklaret ved genomundersøgelser af mennesker med sygdommen.
Det faktum, at genetisk variation af ribosomalt DNA ser ud til at have så stor indflydelse, antyder at GWAS'er hos mennesker kan mangle en nøgledel i puslespillet, da de hidtil kun har set på den enkelte kopidel af folks genomer. Genetisk og epigenetisk analyse af rDNA hos mennesker kunne give meget vigtig indsigt i en række menneskelige sygdomme.
Om forfatteren
Vardhman Rakyan, Professor i epigenetik, Queen Mary University of London
Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort den The Conversation. Læs oprindelige artikel.
Relaterede bøger
at InnerSelf Market og Amazon
