Epigenetyka, czyli jak ciało zmienia przeznaczenie zapisane w DNA | Moshe Szyf | TEDxBratislava

DNA, które uważaliśmy za niezmienne, w rzeczywistości ulega modyfikacjom w zależności od potrzeb środowiskowych. Jeszcze przed narodzinami dziecko wie, na jaki świat powinno być przygotowane. W prelekcji Moshe Szyf opowiada o przełomowych odkryciach.

Moshe Szyf jest jednym z pionierów epigenetyki. Trzy dekady temu badacze z jego laboratorium ogłosili, że leczenie nowotworów i innych chorób powinno celować w metylację DNA. Jako pierwsi dostarczyli dowodów na poparcie tezy, że "środowisko społeczne" może powodować zmiany w metylacji DNA, co położyło podwaliny pod "epigenetykę społeczną". Laboratorium Moshego Szyfa dąży do zrozumienia podstawowych mechanizmów epigenetycznych i ich potężnego wpływu na ludzkie zachowanie oraz stan zdrowia, a także zamierza opracować diagnostykę i terapię opartą na epigenetyce.

Prelekcja wygłoszona na konferencji TEDx. Konferencje TEDx korzystają z formatu TED, ale organizowane są niezależnie przez lokalnych ochotników. Więcej informacji pod adresem http://ted.com/tedx

Wszystko zaczęło się
w ciemnym barze w Madrycie,

w którym przypadkiem spotkałem
kolegę z Uniwersytetu McGill,

Michaela Meaneya.

Wypiliśmy parę piw,

rozmawiając o pracy,
jak to naukowcy.

Zajmował się kwestią
lizania przez szczurze matki

nowo narodzonych młodych.

Zapytałem: "Na to idą nasze podatki?".

(Śmiech)

"To ma być nauka?"

Piwo zaczynało działać,
a kiedy alkohol uderza do głowy

i człowiek bardziej się otwiera,
zaczął mi opowiadać,

że szczury, podobnie jak ludzie,
różnie opiekują się potomstwem.

Jedne matki liżą swoje młode częściej,

inne rzadziej,

a większość plasuje się po środku.

Zastanowiło mnie,

że obserwacja miotu
do czasu osiągnięcia dojrzałości,

takiej jak u ludzi,
na długo po śmierci matki,

ujawniła duże różnice.

Zadbane młode o dobrze wylizanej sierści

nie były zestresowane,

miały inne zachowania seksualne
i sposób życia niż osobniki,

którymi matka nie opiekowała się
z aż takim oddaniem.

Myślałem sobie:

"Czy to czary?

Jak to jest?".

Jestem biochemikiem.

Wierzę, że chemia
pozwala zrozumieć naturę.

Zajmowałem się zawodowo epigenetyką,

ale przed wyciągnięciem tych wniosków
potrzebny był kolejny eksperyment.

Genetyk chciałby, żebyście myśleli,
że to sprawa genetyki.

Być może matka miała gen "złej matki",

który podnosił poziom stresu u młodych

i był przekazywany
z pokolenia na pokolenie.

Wszystko determinowałaby genetyka.

A może w grę wchodzi coś innego?

Jeśli chodzi o szczury,
możemy odpowiedzieć na to pytanie.

Zrobiliśmy eksperyment z podmianą matek.

Natychmiast po narodzinach
oddziela się miot od matek

i oddaje matkom dwojakiego typu.

Młodymi zajmie się matka zastępcza.

Matki są dwojakie,
bardzo i mało opiekuńcze.

Wszystkie młode rozdzieliliśmy
pomiędzy te dwie matki zastępcze.

Odpowiedź okazała się niesamowita.

To nie geny otrzymane od matki są ważne.

To nie od biologicznej matki
zależała odporność na stres u szczurów,

tylko od matki,
która zajmowała się młodymi.

Jak to możliwe?

Jak już wspominałem, jestem epigenetykiem.

Interesuje mnie, jak są znaczone geny

przez znaczniki chemiczne
w procesie embriogenezy,

zachodzącej kiedy przebywamy
w brzuchu matki,

oraz który z nich i w jakiej tkance
będzie podlegał ekspresji.

Jedne geny podlegają ekspresji w mózgu,
a inne w wątrobie czy w oku.

Zastanawialiśmy się,

czy matka może jakoś przeprogramować

geny potomstwa swoim zachowaniem?

W ciągu dziesięciu lat badań

odkryliśmy domino reakcji biochemicznych,

dzięki którym opieka matki,
czyli lizanie potomstwa,

jest przekładana na biochemiczne sygnały
docierające do jądra komórki

i odmiennie programujące DNA.

To przygotowuje zwierzę do życia.

Czy to życie będzie trudne?

Czy będzie dużo jedzenia?

Czy wokół będzie wiele kotów i węży?

A może będzie to życie
wyższej klasy średniej,

dla której najważniejsze jest
właściwe zachowanie,

żeby zyskać społeczne poważanie.

Zastanówmy się, jak ważny
może być ten proces w naszym życiu.

Dziedziczymy DNA po przodkach.

DNA jest stare,
powstało w drodze ewolucji.

Jednak nie mówi o tym,
czy urodzimy się w Sztokholmie,

gdzie dni są długie latem i krótkie zimą,

czy w Ekwadorze, gdzie cały rok
dnie i noce są równe,

co ma ogromny wpływ na naszą fizjologię.

Być może to, z czym stykamy się
na wczesnym etapie naszego życia,

czyli sygnały otrzymywane od matki,

mówi o otoczeniu społecznym,
w którym mamy żyć.

Jeśli ma być ciężko,
lepiej bądź niespokojny i zestresowany.

Albo zupełnie inny,
jeśli życie ma być lekkie.

Będzie dużo czy mało słońca?

Dużo czy mało pożywienia?

Jeśli brakuje pożywienia,

lepszy będzie mózg podatny
na objadanie się, kiedy jest co jeść,

i zdolność do magazynowania
tkanki tłuszczowej.

To dobra cecha,
wybrana na drodze ewolucji,

żeby stare, niezmienne DNA mogło
prężnie funkcjonować w nowym środowisku.

Jednak czasem coś idzie nie tak.

Rodząc się w biednej rodzinie,
otrzymujesz informację:

"Lepiej zjadać każde napotkane jedzenie".

Tyle, że ludzie się zmienili,

prześcignęli ewolucję.

Hamburgera można kupić za dolara,

więc przygotowanie do życia,
które otrzymaliśmy od matki,

okazuje się nieodpowiednie.

Miało chronić nas przed głodem,

a powoduje otyłość,
problemy sercowo-naczyniowe

i choroby metaboliczne.

Koncepcja wpływu doświadczenia na geny,

zwłaszcza nabywanego
we wczesnym dzieciństwie,

może wyjaśnić kwestie zdrowotne.

Czy tylko u szczurów?

Nie da się tego sprawdzić na ludziach,

bo narażanie dzieci
na szkodę jest nieetyczne.

Jeśli ubogie dziecko rozwinie pewną cechę,

nie dowiemy się, czy to z powodu biedy,

czy też złych genów.

Genetycy będą was przekonywać,

że biedni są biedni przez geny.

Epigenetycy powiedzą wam,
że biedni żyją w złym

lub zubożałym środowisku,

które tworzy ten fenotyp.

Zaczęliśmy badać naszych małpich kuzynów.

Stephen Suomi, mój kolega,
hodował małpy na dwa sposoby.

Część z nich została
losowo oddzielona od matek

i wychowana przez opiekunkę
jak przez zastępczą matkę.

Te małpy zamiast matki miały opiekunkę.

Druga część została wychowana
przez ich własne matki.

Kiedy dorosły, całkowicie się różniły.

Małpy mające matkę
nie zwracały uwagi na alkohol

ani nie były agresywne seksualnie.

Małpy wychowane bez matki
były agresywne, zestresowane

i uzależnione od alkoholu.

Tuż po ich urodzeniu
przyjrzeliśmy się ich DNA,

żeby sprawdzić, czy to możliwe,
że matka znakuje swoje dziecko.

Jest znacznik matki w DNA potomstwa.

Na przykładzie tych 14 małp widzimy,

jak prowadzone są nowoczesne
badania epigenetyczne.

Potrafimy znaleźć chemiczne znaczniki,
które nazywamy znacznikami metylacji,

na pojedynczym nukleotydzie DNA
i zmapować tak cały genom.

Możemy porównać małpy
mające i niemające matki.

Oto wizualne przedstawienie.

Na czerwono zaznaczono
bardziej zmetylowane geny,

na zielono, mniej zmetylowane.

Wiele genów ulega zmianie,

bo brak matki ma wpływ

na wszystko.

Wysyła sygnały o tym,
jak będzie wyglądał świat,

kiedy młode dorośnie.

Widać, jak bardzo odmienne
są te dwie grupy małp.

Jak wcześnie się to dzieje?

Te małpy nie widziały matki,

więc miały już doświadczenie społeczne.

Czy można już w chwili narodzin
odczuć status społeczny?

W tym eksperymencie

zbadaliśmy łożyska małp
o różnej pozycji społecznej.

Co ciekawe, u wszelkich istot żywych

ma ona strukturę hierarchiczną.

Małpa numer jeden to szef.

Małpa numer cztery to szeregowy.

Kiedy wsadzimy cztery małpy do klatki,
zawsze znajdzie się szef

i szeregowy.

Co ciekawe, małpa numer jeden
będzie o wiele zdrowsza

niż małpa numer cztery.

W klatce małpa numer jeden
będzie jadła mniej

niż małpa numer cztery.

Na tym obrazie metylacji widać różnicę

między zwierzętami o statusie społecznym

wysokim i niskim.

Rodzimy się już z informacją
o statusie społecznym.

Ta informacja jest neutralna

i przygotowuje nas do życia,

bo trzeba zaprogramować swoją biologię

w zależności od statusu.

Jak można zbadać to u ludzi?

Niedozwolone są eksperymenty,
narażające ludzi na szkodę.

Jednak Bóg eksperymentuje na nas,
co nazywa się klęskami żywiołowymi.

Jedna z największych klęsk
w kanadyjskiej historii

wydarzyła się w Quebecu, mojej prowincji.

Burza lodowa w 1998 roku

zniszczyła sieć energetyczną
w samym środku zimy,

a temperatury spadały do -30 stopni.

Wiele kobiet było w ciąży.

Wraz z Suzanne King
obserwowaliśmy ich dzieci

przez piętnaście lat.

Badaliśmy wpływ wzrostu poziomu stresu,

mając obiektywne kryteria.

Jak długo nie było prądu,

gdzie przebywano,

w mieszkaniu teściowej
czy wiejskiej posiadłości?

Sumując te informacje
i poziom stresu społecznego,

można zastanowić się,
jakie były te dzieci.

Okazuje się, że wzrost stresu
sprzyja rozwojowi autyzmu,

chorób metabolicznych
i autoimmunologicznych.

Po określeniu poziomu metylacji widać,

że zielone geny stają się czerwone,
kiedy poziom stresu wzrasta,

a czerwone stają się zielone.

Cały genom reaguje na stres.

Skoro można zaprogramować geny

i nie jesteśmy niewolnikami ich historii,

to czy ten proces jest odwracalny?

Epigenetyczne podłoże
może mieć zarówno nowotwór,

jak i choroby metaboliczne i psychiczne.

Przeanalizujmy uzależnienie od kokainy.

To straszny nałóg,

który może prowadzić do śmierci.

Czy jeśli przeprogramujemy
uzależniony mózg,

zwierzę przestanie być uzależnione?

Znając schemat uzależnienia,
zrekonstruujemy ten proces u ludzi.

Chodzicie do szkoły średniej
i ktoś proponuje wam kokainę.

Bierzecie i nic złego się nie dzieje.

Po kilku miesiącach
coś przypomina wam ten pierwszy raz,

diler dostarcza kokainę
i uzależniacie się.

Zmienia się wasze życie.

Ze szczurami jest tak samo.

Mój kolega Gal Yadid
przyzwyczaja je do kokainy,

a potem na miesiąc
wstrzymuje jej podawanie,

po czym przypomina im okoliczności,
w których spróbowały jej pierwszy raz,

za pomocą sygnału i kolorów klatki,

i szczury szaleją.

Żeby dostać się do kokainy,
naciskają dźwignię, aż padną.

Po raz pierwszy odkryliśmy
pewną różnicę u zwierząt.

Kiedy brakuje kokainy
i nic się nie dzieje,

epigenom ulega przekształceniom,

a geny zostają inaczej oznakowane.

Kiedy pojawi się sygnał,

ich genom wytworzy fenotyp
osobnika uzależnionego.

Podaliśmy szczurom leki,
które bądź wzmagały metylację DNA,

czyli obserwowany znacznik epigenetyczny,

bądź ją obniżały.

Jak się okazało,

wzrost metylacji znacząco nasilał
pragnienie spożycia kokainy,

jednak przy jej obniżeniu nałóg znikał.

Tak przeprogramowaliśmy szczury.

Między zwykłym a epigenetycznym lekiem
zasadnicza różnica jest taka,

że leki epigenetyczne

w zasadzie wymazują
posiadane doświadczenie,

a po ich odstawieniu choroba nie powróci,

chyba że powtórzy się
pierwotne doświadczenie.

Tak wygląda przeprogramowanie.

Kiedy zbadaliśmy zwierzęta
po 30, 60 dniach,

które w warunkach ludzkich
równałyby się latom,

szczury wciąż były wolne od nałogu
w skutek epigenetycznej terapii.

Dowiedzieliśmy się o DNA,
że nie jest zwykłą sekwencją liter

ani scenariuszem.

DNA to dynamiczny film.

Doświadczenia są stale wpisywane
w ten interaktywny film.

To jak oglądanie filmu o waszym DNA,
czyli życiu, trzymając pilota w ręku.

Możecie usuwać i dodawać aktorów.

Pomimo deterministycznej natury genów

mamy kontrolę nad tym,
jak wyglądają nasze geny.

Jest to niezwykle optymistyczna wiadomość.

Pojawia się możliwość spojrzenia
na niektóre śmiertelne choroby,

takie jak nowotwór czy choroby psychiczne,

jak na błędną adaptację,

którą można odwrócić
dzięki epigenetycznej interwencji,

usuwając z filmu aktora
i tworząc nową narrację.

Podsumowując,

DNA to połączenie dwóch warstw informacji.

Jedna jest stara

i ewoluowała przez miliony lat.

Jest stała i trudno ją zmienić.

Druga warstwa informacji
jest epigenetyczna,

otwarta i dynamiczna

i tworzy interaktywną narrację.

Mimo że geny mają na nas znaczący wpływ,

istnieje pewien stopień wolności,

dzięki której możemy wziąć
odpowiedzialność za swoje życie.

Dziękuję.

(Brawa)