Hoe vroege levenservaring wordt opgetekend in het DNA

Moshe Szyf is een pionier op het gebied van de epigenetica, de studie van hoe levende wezens hun genoom herprogrammeren in reactie op sociale factoren als stress en gebrek aan voedsel. Zijn onderzoek suggereert dat biochemische signalen doorgegeven van moeder op nakomelingen het kind vertellen in wat voor wereld ze gaan leven, door het veranderen van de genexpressie. "DNA is niet alleen een reeks letters, het is niet alleen een script." zegt Szyf. "DNA is een dynamische film waarin onze ervaringen worden opgetekend."

Het begon allemaal

in een donkere bar in Madrid.

Ik ontmoette mijn collega
uit McGill, Michael Meaney.

We dronken een paar biertjes

en zoals wetenschappers dat doen,

vertelde hij me over zijn werk.

Hij vertelde me dat hij geïnteresseerd is

in de manier waarop
moederratten hun jongen likken

na hun geboorte.

Ik zat daar en zei:

"Daar gaat dus
mijn belastinggeld aan op.”

(Gelach)

Aan dit soort zachte wetenschap."

Hij begon me te vertellen

dat de ratten, net als mensen,

hun jongen op heel
verschillende manieren likken.

Sommige moeders likken veel,

andere heel weinig

en de meeste er tussenin.

Maar het interessantste is

wat er gebeurt als ze volwassen zijn

-- jaren in menselijk leven --
lang nadat hun moeder is overleden.

Het zijn totaal verschillende dieren.

De dieren die veel
werden gelikt en verzorgd,

dus veel-likkers en verzorgers,

zijn niet gestrest.

Ze vertoonden een
verschillend seksueel gedrag.

Ze hebben een andere manier van leven

dan degenen die niet zo intensief
werden behandeld door hun moeders.

Ik dacht bij mezelf:

“Is dit magie?

Hoe werkt dit?”

Genetici zouden beweren dat het komt

doordat hun moeder misschien
een ‘slechte moeder’-gen had

dat ervoor zorgde dat
haar jongen vol stress waren

en dat daarna doorgaven
generatie na generatie,

dat het allemaal bepaald is
door de genetica.

Of is er hier
iets anders aan de hand?

Bij ratten kunnen we deze vraag
stellen en beantwoorden.

We deden een ‘cross-fostering’ experiment.

Je haalt de jongen van deze rat
bij de geboorte uit elkaar

en geeft ze aan twee
soorten voedstermoeders --

niet de echte moeders,
maar moeders die hen zullen verzorgen:

‘veel-likkende’ moeders
en ‘weinig-likkende’ moeders.

Je kunt het tegenovergestelde doen
met de weinig-likkende pups.

Het opmerkelijke antwoord was

dat het niet belangrijk was
welk gen je kreeg van je moeder.

Het was niet de biologische moeder die
die eigenschap van de ratten bepaalde.

Het is de moeder
die zorgde voor de jongen.

Hoe kan dit?

Ik ben een epigeneticus.

Ik ben geïnteresseerd in
hoe genen gemarkeerd zijn

door een chemische markering

tijdens de embryogenese, de tijd die we
in de baarmoeder doorbrengen,

en die bepaalt welk gen

in welk weefsel wordt uitgedrukt.

Dat zijn andere genen in de hersenen
dan in de lever of het oog.

Wij dachten: “Is het mogelijk

dat de moeder op een of andere manier
het gen van haar nakomelingen

door haar gedrag kan herprogrammeren?

We werkten er 10 jaar aan

en vonden dat er een reeks
biochemische gebeurtenissen plaatsvindt

waarmee het likken en de verzorging
van de moeder, de zorg van de moeder,

wordt omgezet in biochemische signalen

die doordringen tot de celkern en het DNA

en het anders programmeren.

Nu kan het dier zich
voorbereiden op het leven:

gaat het leven hard zijn,

gaat er voldoende voedsel zijn,

gaan er een hoop katten
en slangen ronddwalen?

Of zal ik opgroeien
in een upper-class wijk

waar ik me slechts goed
en correct moet gedragen

om sociaal geaccepteerd te worden?

Je kan je dan afvragen
hoe belangrijk dat proces nu is

voor onze levens.

We erven ons DNA van onze voorouders.

Het DNA is oud.

Het ontwikkelde zich tijdens de evolutie.

Maar het vertelt ons niet of je
gaat geboren worden in Stockholm,

waar de dagen in de zomer lang
en in de winter kort zijn,

of in Ecuador,

waar dag en nacht
het hele jaar door even lang zijn.

Dat heeft zo’n enorm effect
op onze fysiologie.

Daarom denken we dat vroeg in het leven

de signalen die van de moeder komen

het kind vertellen in wat voor
sociale wereld het gaat leven.

Als hij zwaar zal zijn, kan je
maar beter angstig en stressvol zijn,

maar in een makkelijke wereld,
moet je anders zijn.

Wordt het een wereld
met veel of weinig licht?

Gaat het om een wereld
met veel of weinig eten?

Als er geen voedsel is,

kun je beter je hersenen ontwikkelen om
te gaan schrokken als je de kans krijgt

of elk stukje voedsel dat je hebt
als vet op te slaan.

Dat is goed.

De evolutie heeft ervoor gekozen

om ons vaste, oude DNA op een
dynamische manier te laten functioneren

in nieuwe omgevingen.

Maar soms gaat het fout.

Als je geboren wordt in een arme familie

krijg je het signaal:
je kunt maar beter schrokken,

eet maar elk stuk voedsel
dat je gaat tegenkomen.

Maar wij mensen hebben met onze breinen

de evolutie versneld.

Je kunt nu bij McDonald's
voor één dollar eten kopen.

En nu blijkt de voorbereiding
die we van onze moeders kregen

averechts te werken.

Dezelfde voorbereiding die ons moest
beschermen tegen honger en hongersnood

leidt nu tot overgewicht,

cardiovasculaire problemen
en stofwisselingsziekten.

Het idee dat genen door onze ervaring
kunnen worden gemarkeerd,

en dan vooral de vroege levenservaring,

kan ons een verbindende verklaring geven

voor zowel gezondheid als ziekte.

Maar geldt dat alleen voor ratten?

Het probleem is dat we dit
niet kunnen testen bij de mens

omdat we ethisch gezien kinderen
niet even wat tegenslag kunnen bezorgen.

Als dus een arm kind
een bepaalde eigenschap ontwikkelt,

weten we niet of armoede de oorzaak is

of dat arme mensen slechte genen hebben.

Genetici zullen je proberen te vertellen
dat arme mensen arm zijn

omdat hun genen hen arm maken.

Epigenetici zullen je vertellen

dat arme mensen in een slecht
of verarmd milieu verkeren

dat dat fenotype, die eigenschap schept.

Daarom zijn we gaan kijken
naar onze neven, de apen.

Mijn collega, Stephen Suomi,

heeft apen opgevoed
op twee verschillende manieren.

Op willekeurige wijze scheidde
hij apen van hun moeder

en bracht ze groot met een verzorgster

als een soort stiefmoeder.

Deze apen hadden geen moeder;
ze hadden een verzorgster

Andere apen werden grootgebracht
met hun normale, natuurlijke moeders.

Eenmaal oud werden ze totaal
verschillende dieren.

De apen met een moeder
gaven niet om alcohol,

waren niet seksueel agressief.

De apen zonder moeder waren agressief
en gestrest en waren alcoholisten.

We keken naar hun DNA
vroeg na de geboorte, om te zien

of de moeders een markering aanbrachten?

Is er een teken van de moeder
in het DNA van het nageslacht?

Dit zijn 14 dagen oude apen

en dit is de moderne manier
waarop we epigenetica bestuderen.

We kunnen die chemische merken,
die we methylatiemerken noemen

in kaart brengen op DNA bij een resolutie
van één enkele nucleotide.

We kunnen het volledige
genoom in kaart brengen.

We kunnen nu de apen vergelijken.

Hier is een visuele presentatie ervan.

De meer gemethyleerde genen zijn rood.

De minder gemethyleerde zijn groen.

Je kunt zien dat vele genen
aan het veranderen zijn,

omdat geen moeder hebben
niet zomaar één ding is --

het beïnvloedt de hele levensweg.

Het vertelt over hoe
je wereld er zal gaan uitzien

wanneer je opgroeit tot volwassene.

Je kunt zien hoe de twee groepen apen

zeer goed van elkaar
te onderscheiden zijn.

Hoe vroeg ontwikkelt zich dit?

Deze apen zagen hun moeders niet,
dus hadden ze al een sociale ervaring.

Voelen we onze sociale status zelfs
al aan op het moment van geboorte?

In dit experiment namen we
placenta's van apen

met een verschillende sociale status.

Het interessante aan sociale rang
is dat alle levende wezens

zich structureren door hiërarchie.

Aap nummer één is de baas,

aap nummer vier is de sukkelaar.

Je zet vier apen in een kooi,

er zal er altijd een de baas zijn
en altijd een de sukkelaar.

Wat interessant is,
is dat aap nummer één

veel gezonder is dan aap nummer vier.

Als je ze in een kooi zet,

zal aap nummer één niet zo veel eten.

Aap nummer vier zal juist veel eten.

Je ziet hier in deze methylatiekaart

een enorm onderscheid bij de geboorte
van de dieren met een hoge sociale status

ten opzichte van dieren
die geen hoge status hebben.

We worden geboren
met die sociale informatie

en dit is op zich niet goed of slecht,

het bereidt ons gewoon voor op het leven

omdat we onze biologie
anders moeten programmeren

als we de hoge of juist
de lage sociale status hebben.

Maar hoe kun je
dit onderzoeken bij de mens?

We kunnen geen experimenten doen,
we mogen mensen geen tegenspoed bezorgen.

Maar God doet experimenten met mensen

onder de vorm van natuurrampen.

Een van de zwaarste natuurrampen
in de geschiedenis van Canada

gebeurde in mijn provincie Quebec.

Het was de ijsstorm van 1998.

We verloren ons hele elektriciteitsnet
door een ijsstorm

toen de temperaturen in het holst
van de winter in Quebec

-20 tot -30 waren.

Er waren toen vrouwen zwanger.

Mijn collega Suzanne King
volgde de kinderen van die moeders

gedurende 15 jaar.

Wat gebeurde er
als de stress verhoogde --

en hier hadden we objectieve
metingen van stress.

Hoe lang zat je zonder stroom?
Waar bracht je je tijd door?

Was het in je schoonmoeders appartement
of in een of ander chique landhuis?

Dat droeg allemaal bij
aan sociale stress

en je kunt je de vraag stellen:

wat deed dit met de kinderen?

Het lijkt erop dat
als de spanning toeneemt,

de kinderen meer autisme ontwikkelen,

meer stofwisselingsziekten

en meer auto-immuunziekten.

We brachten de methylatietoestand in kaart

en zagen weer hoe de groene genen
rood kleuren naarmate de stress toeneemt

en de rode genen groen
als de stress toeneemt,

een volledige herschikking van
het genoom als reactie op stress.

Als we genen kunnen programmeren,

als we niet alleen slaven
van de geschiedenis van onze genen zijn,

als ze kunnen worden geprogrammeerd,
kunnen we ze dan ook herprogrammeren?

Omdat epigenetische oorzaken
kunnen leiden tot ziekten als kanker,

stofwisselingsziekten

en ziekten van geestelijke gezondheid.

Laten we praten over cocaïneverslaving.

Cocaïneverslaving
is een vreselijke situatie

die kan leiden tot de dood
en het verlies van mensenlevens.

We stelden de vraag:

kunnen we verslaafde
hersenen herprogrammeren

zodat zij niet meer verslaafd zijn?

We gebruikten een model
voor cocaïneverslaving

dat nabootst wat er gebeurt bij de mens.

Als mens zit je op de middelbare school,

een paar vrienden raden je
wat cocaïne aan,

je neemt cocaïne, er gebeurt niets.

Maanden gaan voorbij, iets doet je denken
aan wat er de eerste keer gebeurd is,

een dealer bezorgt je cocaïne,

je raakt verslaafd
en je leven is veranderd.

Bij ratten doen we hetzelfde.

Mijn collega, Gal Yadid,

gewent dieren aan cocaïne,

vervolgens krijgen ze
een maand lang geen cocaïne.

Dan herinnert hij ze aan het feestje
toen ze voor het eerste cocaïne kregen

met als signaal de kleuren van de kooi
toen ze die cocaïne kregen.

Ze gaan over de rooie.

Ze duwen op de hendel
om cocaïne te krijgen

tot ze doodgaan.

We hebben eerst vastgesteld
dat het verschil tussen deze dieren

is dat in de tijd dat er niets gebeurt,

en er geen cocaïne is,

hun epigenoom herschikt wordt.

Hun genen worden
op een andere manier gemarkeerd,

en wanneer het signaal komt,
is hun genoom er klaar voor

om dit fenotype
van verslaving te ontwikkelen.

Dus behandelden we deze dieren

met geneesmiddelen die
ofwel DNA-methylatie verhogen,

de waar te nemen epigenetische markering,

ofwel de epigenetische
markeringen verlaagden.

Het bleek dat als we
de methylatie verhoogden,

deze dieren zelfs nog gekker werden.

Ze gingen nog meer
verlangen naar cocaïne.

Maar als we
de DNA-methylatie verminderden,

raakten de dieren van hun verslaving af.

We hadden ze gedeprogrammeerd.

Een fundamenteel verschil
tussen een epigenetisch geneesmiddel

en alle andere geneesmiddelen

is dat we met epigenetische geneesmiddelen

we in wezen de tekenen
van de ervaring verwijderen,

en zodra ze weg zijn,

komen ze niet meer terug,
tenzij je dezelfde ervaring hebt.

Het dier is nu geherprogrammeerd.

Toen we de dieren 30 dagen,
60 dagen later gingen bekijken

-- in menselijke termen
is dat jaren later --

waren ze nog altijd niet verslaafd en dat
door één enkele epigenetische behandeling.

Wat hebben we nu geleerd over DNA?

DNA is niet alleen maar een reeks letters;

het is niet alleen maar een script.

DNA is een dynamische film.

Onze ervaringen worden geschreven
in deze film, die interactief is.

Met DNA kijk je naar een film van je leven

als met een afstandsbediening.

Je kan acteurs verwijderen of toevoegen.

Ondanks de deterministische
aard van de genetica,

heb je controle over de manier
waarop je genen eruitzien.

Hierin zit een enorm
optimistische boodschap

over de mogelijkheid
om nu dodelijke ziekten tegen te gaan

zoals kanker, geestelijke gezondheid,

met een nieuwe aanpak,

door ze te bekijken als maladaptatie.

Als we epigenetisch kunnen ingrijpen,

kunnen we de film terugspoelen
en door het verwijderen van een acteur

een nieuw verhaal opzetten.

Wat ik jullie vandaag heb verteld

is dat ons DNA feitelijk een combinatie
van twee componenten is,

twee informatielagen.

De ene informatielaag is oud,

ontwikkeld in miljoenen jaren evolutie.

Ze is vast en zeer moeilijk te veranderen.

De andere informatielaag
is de epigenetische laag,

die open en dynamisch is

en een verhaal creëert dat interactief is,

dat ons in staat stelt
om grotendeels ons eigen lot te bepalen,

het lot van onze kinderen te helpen

en hopelijk de ziektes en ernstige
gezondheidsproblemen te overwinnen

die de mensheid voor een lange
tijd hebben geteisterd.

Ook al zijn wij
door onze genen bepaald

toch hebben we
een zekere mate van vrijheid

die van ons leven een leven
van verantwoordelijkheid kan maken.

Bedankt.

(Applaus)