Een verslag van Brona McVittie :: Juni 2006
Vertaald door Benno Arentsen

Meer dan 50 jaar zijn verstreken sinds Watson en Crick voor het eerst publiceerden over de driedimensionale structuur van het DNA: de dubbele helix. Het inzicht dat het DNA codeert voor erfelijke eigenschappen is inmiddels algemeen aanvaard, in een tijd waarin de Evolutietheorie van Darwin wijdverbreid is. De grote media-aandacht voor het overlijden van Crick in 2004 liet nog eens zien hoezeer deze denkbeelden nu zijn geaccepteerd, en niet alleen in de wetenschappelijke wereld. Gaandeweg realiseren we ons echter dat een evolutietheorie waarin de genen centraal staan toch enige beperkingen heeft. Zonder epigenetische processen in cellen blijft genetische informatie levenloos, als een ingewikkelde partituur zonder musici of instrumenten om haar tot uitdrukking te brengen.

De wetenschap komt er nu achter hoe onze genetische muziek wordt gespeeld, en het blijkt dat er van generatie op generatie tamelijk grote verschillen kunnen zijn in de uitvoering, terwijl de DNA-reeks zelf ongewijzigd blijft. De epigenetica probeert vast te stellen welke mechanismen betrokken zijn bij het tot expressie komen van genen. Epigenetische informatie bevindt zich in de ruimtelijke structuren van DNA met histon-eiwitten (het chromatine), maar ook in biochemische markeringen, die op DNA en histonen aanwezig zijn.

Er zijn honderden verschillende soorten cellen in ons lichaam. Hoewel elke cel ontstaat uit een en hetzelfde beginpunt, zijn de kenmerken van een volwassen zenuwcel heel anders dan die van een levercel. Met ongeveer 22.000 tot 30.000 genen in het menselijk genoom vereist deze differentiatie van cellen ook het uitschakelen van bepaalde genen. Het belang daarvan moeten we niet onderschatten, net als bij een muziekstuk waarin ook stiltes essentieel zijn. Terwijl cellen zich ontwikkelen wordt hun lot bepaald door selectieve in- en uitschakeling van genen. Dit proces hangt af van epigenetische factoren. Patronen van biochemische markeringen, zoals DNA methylering, spelen een rol bij allerlei verschijnselen waarbij genen worden aan- of uitgezet, variërend van een paarse vlek op de bloembladen van een petunia, tot de groei van een kankergezwel.

Als het niet lukt om genen stil te leggen kan dit een gevaarlijke kakafonie tot gevolg hebben. Te weinig DNA methylering kan de ordening van het chromatine wijzigen. Dit beïnvloedt dan weer welke genen worden uitgeschakeld na de celdeling. Te veel methylering kan het werk van beschermende tumorsuppressie- en DNA-herstelgenen tegenhouden. Dergelijke epimutaties zijn waargenomen bij een hele reeks van kankersoorten. Met deze epigenetische kennis worden nieuwe therapeutische paden verkend.

Epigenetica levert ook een middel waarmee genetisch materiaal kan reageren op veranderende omstandigheden in de omgeving. Hoewel planten geen zenuwstelsel of hersenen hebben, zijn hun cellen wel in staat om seizoenswisselingen te onthouden. Bij sommige tweejarige planten is deze eigenschap gekoppeld aan het vermogen om te bloeien in het voorjaar, als een warmere omgevingstemperatuur wordt waargenomen. Onderzoek heeft aangetoond hoe blootstelling aan kou tijdens de winter structurele veranderingen in het chromatine in gang zet, waarmee bloei-veroorzakende genen bij sommige Arabidopsis soorten worden stilgelegd. Deze genen worden weer actief in de lente, als de langere dagen en de warmte gunstiger zijn voor de voortplanting.

Omgevingsfactoren kunnen ook aanzetten tot epigenetische veranderingen met gevolgen voor volgende generaties. Recente studies met laboratorium-muizen laten zien hoe aanpassingen in het dieet van invloed kunnen zijn op de nakomelingen. De vacht kan bruin, gelig of gevlekt worden, afhankelijk van hoe het agouti-gen gemethyleerd wordt tijdens de embryonale ontwikkeling. Wanneer zwangere muizen worden gevoed met methyl-dragende supplementen zoals foliumzuur en vitamine B12, dan ontwikkelen hun jongen voornamelijk een bruine vacht. De meeste jongen van controle-muizen (die geen voedingssupplementen krijgen) hebben een gelige vacht.

Net zoals een dirigent de dynamiek van een orkest in de hand heeft bij de uitvoering van een symfonie, zo regelen epigenetische factoren de interpretatie van het DNA in elke levende cel. Een beter begrip van deze factoren kan de ontwikkelingsbiologie op zijn kop zetten, en dat heeft dan zijn weerslag op de geneeskunde en de landbouw. Om op Watsons vraag verder in te gaan: “Als je het genetische alfabet wilt vergelijken met het woord van God, dan is het vertalen van die genen zijn handwerk”.