Spring naar inhoud

EPIGENETICA

Hieronder zie je een afbeelding van muizen uit een onderzoek naar epigenetica (epigenetic inheritance at the agouti locus in the mouse, Morgan et all. 1999).
De muizen zijn genetisch identiek aan elkaar en toch zie je een grote variatie in hun expressie van de A-locus. Hoe kan dat? Het antwoord daarop ligt in de epigenetica, een nog jong, maar zeer fascinerend vakgebied binnen de genetica.
In dit artikel laten we je kennis maken met de basisprincipes van epigenetica.

Wat is dat nou eigenlijk, epigenetica?

Epigenetica betekent letterlijk ‘rondom het DNA’. Nog preciezer gaat het om de ‘markeringen’ rondom het DNA die genen aan en uit kan zetten. Die markeringen veranderen en lijken overerfbaar. De naam epigenetica is in 1942 bedacht door de Engelse bioloog Conrad Waddington, maar dat het milieu genetica kan beïnvloeden wordt pas sinds de jaren 90 overwogen.

Epigenetica is dus het vakgebied binnen de genetica dat de invloed bestudeert van de omkeerbare erfelijke veranderingen in de genfunctie die optreden zonder dat de genen (de DNA-code) zelf  veranderen.

Sommige omgevingsinvloeden, zoals stress, voeding of luchtvervuiling kunnen invloed hebben op de gezondheid, het gedrag en uiterlijk. En ook op die van (klein)kinderen. De genen zelf veranderen dan dus niet, maar het is alsof bepaalde genen uit of aan gaan staan door die omstandigheden. Of anders afgesteld staan.

Tot nu toe weten we nog niets over epigenetica bij honden, dus we kunnen alleen kijken naar de verbazingwekkende dingen die ontdekt zijn bij andere dieren en mensen en ons afvragen wat de implicaties zouden kunnen zijn voor onze honden.

De “anatomie” van epigenetica.

Als je je genen ziet als de hardware van een computer, dan is epigenetica de software – het geheel aan instructies voor wat de genen zouden moeten doen. Elke cel in het lichaam heeft hetzelfde DNA (de hardware). Hoe kan het dan dat een levercel zich anders ontwikkelt en anders functioneert dan een hersencel? Epigenetica (de software) zorgt voor deze werkverdeling door genen aan of uit te zetten.

Slechts ongeveer 5% van je DNA bestaat uit genen die coderen voor proteïnen en een lange tijd is gedacht dat de andere 95% van het DNA eigenlijk niets deed (het werd dan ook “junk DNA” genoemd). Het blijkt echter dat de niet-coderende DNA het regulerend systeem is, de software dat de complexe machine van leven runt.

Epigenetische veranderingen bestaan in twee vormen: 1. aanpassingen aan het DNA zelf of 2. aanpassingen aan de histon-eiwitten, waar de dubbele helix omheen gewikkeld zit.

 1. Epigenetische veranderingen in het DNA

De expressie van genen in een cel wordt geregeld door de verbinding van bepaalde moleculen aan specifieke plekken van het DNA in het niet-coderende DNA. Er zijn verschillende manieren waarop dit gedaan kan worden, maar laten we naar één voorbeeld kijken waarbij het molecuul cytosine en een methyl-groep betrokken zijn.

Een methylgroep (Me) bestaat uit één koolstofatoom(C) en drie waterstofatomen (H) en heeft dus de formule CH₃

Zoals je ziet heeft het koolstofatoom (C) vier plekken waar een ander atoom zich aan kan binden. Drie van deze plekken zijn bezet door waterstofatomen (H) en één is vrij om een ander atoom aan te binden. Om de genexpressie te regelen verbindt een methylgroep zich met een cytosine molecuul, dat is één van de vier nucleotide moleculen waaruit DNA bestaat (adenine, thymine, guanine en cytosine).

Als een methylgroep wordt verbonden met de nucleotide base cytosine, is het  DNA gemethyleerd.

 2. Epigenetische veranderingen aan de histoneiwitten

Ons DNA in iedere cel is twee meter lang. Dus je kan je voorstellen dat om in onze cellen te passen, dat het heel erg opgevouwen en opgerold moet zitten. Het DNA zit opgerold rondom een molecuul genaamd “histon”. Histonen vormen een structuur genaamd “chromatine”. Chromatine kan “gesloten” zijn (ontoegankelijk), of open (toegankelijk). Dit proces wordt gereguleerd door de epigenetica.

Epignetica zorgt er dus eigenlijk voor hoe strak of hoe los genen verpakt zitten. Genen die dus actief moeten zijn voor een bepaald celtype,  zijn heel los verpakt waardoor ze makkelijker tot expressie kunnen komen. Terwijl genen die heel krap verpakt zitten, die heel strak opgerold zitten, die kunnen minder makkelijk tot expressie komen of zullen zelfs niet tot expressie komen.

Weinhold 2012

Epigenetica en inprenting

Maar wat regelt het epigenetische proces? Er moet nog een andere factor zijn die de epigenetische veranderingen laat plaats vinden. Dit hogere niveau is “het milieu”, de invloeden vanuit de omgeving (herinner je dat het fenotype= genetica + milieu). Het meest verrassende wat we leerden over epigenetica is dat epigenetische veranderingen van de genfunctie van de ene op de andere generatie kunnen worden doorgegeven en in sommige gevallen voor vele generaties. Deze overerfbare veranderingen in genfunctie worden genetische inprenting genoemd.

Genetische inprenting

Er zijn twee algemene types van epigenetische effecten: 1) de genen die de genexpressie van een dier veranderen en 2) die niet alleen een effect hebben op het dier zelf, maar ook op zijn nakomelingen. Genen waarvan de expressie bepaald is door de ouder die ze heeft overgedragen worden “ingeprente genen” genoemd. Normaal worden, vlak na de bevruchting, alle epigenetische markeringen van het chromosoom gestript, dus het DNA wordt gereset en de epigenetische geschiedenis verwijderd. Ingeprente genen ontsnappen hieraan en dragen dus de epigenetische aanpassingen die in de genen van de ouders gemaakt zijn verder in de ontwikkeling van de foetus.

Alsof dit nog niet raar genoeg is, wordt het nog gekker! De epigenetische expressie of uitzetting van een gen, kan afhankelijk zijn van welke ouder het gen komt. Dus een dier kan homozygoot zijn voor een allel, maar het allel van de vader heeft andere epigenetische effecten dan het allel wat van de moeder geërfd is. Deze genen zijn dus via vader en via moeder ingeprent. Een bekend voorbeeld hiervan is het muildier en de muilezel.

De genetische inprenting die van de ene op de andere generatie overdragen wordt, heet “transgenerationele epigenetica”. Als je wel eens naar stambomen kijkt om de overerving van een eigenschap uit te zoeken en typische Mendeliaanse patronen van vererving verwacht, kan dit het interpreteren van patronen van overerving zeer lastig maken.

Voorbeelden van epigenetica

Voeding en epigenetica

Er zijn veel niet genetische-factoren die epigenetische veranderingen kunnen veroorzaken, en één daarvan is voeding. Voeding heeft een duidelijk effect omdat voedingsstoffen een bron zijn voor de moleculen die gebruikt worden voor epigenetische markeringen. Bijvoorbeeld, de methylgroepen die aan de DNA nucleotiden binden, worden tenslotte uit de voeding gehaald en een dieet met een gebrek aan een bron van methylgroepen kan serieuze gevolgen hebben. Foliumzuur is een B-vitamine die rijk is aan methylgroepen. Als er een tekort is in het dieet tijdens de vroege zwangerschap, kan dit resulteren in een gespleten verhemelte spina bifida omdat het tekort aan een essentieel onderdeel de ontwikkeling van de zogenaamde neurale lijst verstoort.

Epigenetica en gedrag

Experimenten hebben aangetoond dat de wijze waarop moederdieren (mensen of muizen) interactie hebben met hun pasgeborenen, niet alleen effect heeft op de eigenschappen van de nakomelingen maar ook hoe hun genen reageren op omgevingsinvloeden. Er zijn ook effecten van de sociale omgeving, dus of een jong is opgegroeid in een gemeenschap of in een geïsoleerde sociale omgeving.

In een inmiddels beroemd experiment met ratten, keken onderzoekers hoe het gedrag van de moeder de nakomelingen beïnvloedt. De jongen van de ratten die goede moeders waren en veel tijd spendeerden aan hun puppen, en in het bijzonder likken en verzorgen, reageerden eenmaal volwassen anders op stress; ze waren minder reactief en hadden minder toename van stress hormonen in stressvolle situaties. De jongen van ratten die minder aandacht besteedden aan hun pups, reageerden niet alleen meer op stress, maar zij hadden op hun beurt ook weer minder aandacht voor hun pups. Om te bevestigen dat deze verschillen door epigenetische effecten van ouderlijke zorg veroorzaakt werden en niet door Mendeliaanse genetica, wisselden onderzoekers pups tussen goede en slechte moeders en de epigenetische veranderingen waren hetzelfde.

Het lijkt er zelfs op dat voortplantingskenmerken en -gedrag bijzonder gevoelig zijn voor epigenetische effecten. Er kunnen veranderingen worden gezien in de eigenschappen van de moeder zoals aandacht gevend gedrag, melkproductie en in voedingsgedrag en zuigkracht van de nakomelingen.

Er is duidelijk bewijs dat epigenetica ook betrokken is bij de overdracht van “genetisch geheugen” aan de volgende generatie. Onderzoekers deden een experiment om te testen of angst transgenerationeel over geërfd kan worden. De onderzoekers stelden mannelijke muizen bloot aan een kersenbloesemgeur en een kleine elektrische shock. De muizen leerden om de geur met een shock te associëren en ze reageerden angstig wanneer ze alleen aan de geur werden bloot gesteld. Dezelfde reactie op de specifieke kersenbloesemgeur werd gevonden bij hun nakomelingen die nooit aan elektrische shocks waren bloot gesteld. Ook in de daarop volgende generatie was dezelfde reactie meetbaar.

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------REFERENTIES:

*Epigenetics: The Science of Change. Bob Weinhold (2006)
Environmental Health Perspecives Vol. 14 No. 3 https://doi.org/10.1289/ehp.114-a160

*Epigenetic inheritance at the agouti locus in the mouse Hugh D. Morgan, Heidi G.E. Sutherland, David I.K. Martin & Emma Whitelaw (1999)
https://www.researchgate.net/profile/David_Martin35/publication/12754768_Epigenetic_inheritance_at_the_agouti_locus_in_the_mouse/links/00b7d53ab35c8accad000000.pdf

*Maternal epigenetics and methyl supplements affect agouti gene expression in Avy/a mice George L. Wolff, Ralph L. Kodell, Stephen R. Moore and Craig A. Cooney
https://www.researchgate.net/profile/Craig_Cooney/publication/13578476_Maternal_epigenetics_and_methyl_supplements_affect_agouti_gene_expression_in_Aa_mice/links/0046352a6757117e5e000000/Maternal-epigenetics-and-methyl-supplements-affect-agouti-gene-expression-in-A-a-mice.pdf

*Gene expression patterns associated with posttraumatic stress disorder following exposure to the world trade center attacks Yehuda, R et al (2009)
Biological Psychiatry, DOI: 10.1016/j.biopsych.2009.02.03

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

error: Content is protected !!