Epigenetica transgeneraţională, transferul genetic peste generații 2/2

Apr 04, 2017

Unul dintre motivele pentru care mulţi geneticieni sunt încă sceptici în privinţa acestui fenomen, al eredităţii epigenetice transgeneraţionale, este acela că mecanismul ei este încă misterios. Pentru a-l explica, oamenii de ştiinţă ar trebui să arate în ce mod iau naştere, în celule reproducătoare, sub influenţa unor factori externi, din mediu, anumite semnale celulare.

Mai relevante, din acest punct de vedere, sunt celulele reproducătoare masculine. O femeie gravidă, expusă anumitor influenţe ale unor factori externi (alimentaţie, poluare etc.) poate influenţa fiziologia embrionului prin simplu fapt că acesta este intim legat de mama sa, hrănindu-se practic din sângele ei. De  aceea, pentru a studia efectele epigenetice transgeneraţionale, cercetătorii se concentrează asupra taţilor, studiind modul în care spermatozoizii dobândesc sau pierd anumiţi markeri genetici. Ultimii doi-trei ani de studii au adus rezultate foarte interesante, dar aceste cercetări sunt efectiv în faza copilăriei; e un teren de studiu pe care savanţii abia încep să îl „desţelenească”.

Totuşi, din ce în ce mai mulţi geneticieni încep să accepte existenţa acestui fenomen al transmiterii epigenetice transgeneraţionale a unor caracteristici, pe baza dovezilor furnizate de studiile pe animale şi pe puţinele studii pe oameni.

Următorul nivel la care se poartă acum bătălia este elucidarea mecanismului misterios prin care are loc acest proces, aspect asupra căruia se concentrează mai multe echipe de cercetători, din diverse laboratoare, în încercarea de a afla cum se petrec lucrurile.

Mecanismul prin care sunt transmise de-a lungul mai multor generaţii schimbările epigenetice nu este cunoscut încă; oamenii de ştiinţă explorează diferite ipoteze.

Unul dintre mecanismele propuse este metilarea ADN-ului,  adică ataşarea unei grupări metil de porţiunea de moleculă ADN ce formează o genă. Metilarea are ca efect modifcarea expresiei acelei gene, adică a felului în care produce ea anumite efecte în organism. (Gena rămâne aceeaşi, neschimbată din punct de vedere al structurii ei, reprezentată de o anumită înşiruire de baze azotate, sau ”litere”; ceea ce se modifică însă este felul în care acţionează această genă în organism.) Dacă luăm ca exemplu studiul pe şoarecii ce transmiteau sensibilitatea la acetofenonă şi teama de această substanţă la urmaşi, o cale prin care s-ar putea realiza acest lucru ar fi, ipotetic, următoarea: cumva, informaţia despre mirosul care îi speria pe şoareci ajunge la nivelul testiculelor şoarecilor masculi şi determină o metilare mai slabă a unei gene numite Olfr151 , din ADN-ul spermatozoizilor.

Această schimbare epigenetică trece şi la urmaşii acelor şoareci, prin intermediul spermatozoizilor astfel influenţati, ducând la creşterea numărul de receptori pentru mirosul de acetofenonă în mucoasa nazală a animalelor şi, astfel, la o sensibilitate mai mare la acel miros. Spermatozoizii au şi ei molecule ce acţionează ca receptori olfactivi, aşa că ar fi posibil ca receptorii Olfr151 din spermatozoizi să reacţioneze la moleculele de acetofenonă ajunse în fluxul sanguin şi, ca urmare, să modifice metilarea genei corespunzătoare în ADN-ul spermatozoizilor.

O altă ipoteză implică histonele, proteine existente în nucleul celular şi în jurul cărora se înfăşoară fibra de ADN, căpătând forma sub care se găseşte în cromozomi. Conform acestei ipoteze, modificarea expresiei ADN-ului nu s-ar face prin metilarea lui directă, ci ar fi un „efect secundar” al unui proces ce afectează histonele: de histone s-ar putea ataşa grupări metil şi acetil, care ar afecta expresia ADN-ului aflat în apropierea lor. Deşi în cursul proceselor celulare ce duc la formarea spermatozoizilor, cea mai mare parte a ADN-ului este separată de histone, o fracţiune din aceste proteine rămîne totuşi ataşată de ADN, iar aceste porţiuni ar putea păstra informaţia respectivă, corelată cu modificarea expresiei genelor, şi ar transmite-o de la o generaţie la alta.

Un studiu din 2011 arătase că, la unii viermi nematozi, anumite „marcaje” chimice existente la nivelul histonelor erau asociate cu o durată mai mare a vieţii şi puteau fi transmise de-a lungul mai multor generaţii. Şi unele studii pe şoareci au evidenţiat posibilitatea ca elementele ce intervin în transmiterea epigenetică a unor caractere să fie histonele.

Sau (altă ipoteză) ar putea fi vorba nu despre metilarea ADN-ului ori a histonelor, ci despre intervenţia ARN-ului: şoarecii expuşi la mirosul de acetofenonă şi la durere ar putea produce molecule scurte de ARN (microARN) – poate în creier – care călătoresc prin sânge şi ajung în testicule, unde se leagă de ADN, la nivelul genei Olfr151  din spermatozoizi, modificându-i expresia. Un mecanism de acest gen a fost deja descris la plante şi nu este exclus ca el să acţioneze şi la animale. Într-un studiu pe oameni (2012), s-a arătat că spermatozoizii bărbaţilor care fumează diferă de cei ai nefumătorilor în ceea ce priveşte expresia a 28 de tipuri diferite de microARN. Ar fi posibil ca asemenea diferenţe să se menţină timp de mai multe generaţii. La şoareci, această persistenţă a expresiei anormale a microARN-ului a fost deja dovedită: şoarecii obezi, au constatat cercetătorii, manifestă anomalii ale expresiei în 11 tipuri de microARN din spermatozoizi şi transmit la următoarele 2 generaţii rezistenţa la insulină, o caracteristică asociată cu afecţiuni metabolice.

Dar dacă e vorba despre „ceva aiurea”, cum spune Oliver Rando? De exemplu, prioni – proteine cu configuraţie spaţială anormală, care acţionează ca agenţi infecţioşi (şi  care sunt cunoscuţi, în prezent, pentru faptul că produc boli fatale ale creierului, precum boala vacii nebune şi varianta ei umană, maladia Creutzfeldt-Jacob). Despre aceşti prioni, încă nu foarte bine cunoscuţi, s-a aflat, mai nou, că pot transmite unele caracteristici ereditare, fenomen observat la celulele de drojdie. Sau ar putea fi vorba despre nişte substanţe din lichidul seminal, care influenţează spermatozoizii? Cercetări pe şoareci au arătat că nu numai spermatozoizii sunt importanţi, ci şi „mediul” lor vital – lichidul în care se găsesc şi care nu e un simplu „vehicul”, un mod de a transporta şi transfera celulele reproducătoare masculine din corpul masculului în cel al femelei, ci cuprinde componente ce asigură vitalitatea, mobilitatea spermatozoizilor, dar şi substanţe ce influenţează expresia unor gene cu efect asupra metabolismului indivizilor rezultaţi din spermatozoizii respectivi.

Aşadar, suntem încă în plin mister în ceea ce priveşte mecanismul eredităţii epigenetice transgeneraţionale. Dar, fie că e vorba despre metilarea ADN-ului, de histone, de ARN sau de altceva încă nebănuit, specialiştii din domeniu sunt unanim de acord că anii următori vor aduce mari descoperiri şi că această direcţie de cercetare este pe cât de fascinantă, pe atât de importantă teoretic şi practic: ea ar putea lămuri multe aspecte neînţelese până acum ale eredităţii, deschizând noi orizonturi în genetica plantelor, în zootehnie, în diagnosticul şi terapia bolilor genetice şi în înţelegerea enormei complexităţi a uneia dintre trăsăturile fundamentale ale materiei vii: transmiterea caracteristicilor vieţuitoarelor de la o generaţie la alta.