Innehåll att utforska

Vad innebär epigenetik?

Genernas DNA i kärnan på våra celler (arvsmassan) representerar den information som styr hur vi kommer att se ut och fungera. De mekanismer som styr genernas användning är direkt avgörande för att individen ska utvecklas och fungera. Reglering av genprogrammen involverar både DNA-molekylen och dess associerade proteiner. Denna s.k. ”epigenetiska” reglering är helt nödvändig för komplext liv och är arvsmassans länk till omvärlden och påverkas därför kontinuerligt av denna. De epigenetiska mekanismerna är ytterst ansvariga för att skapa en biologiskt och för varje individ funktionell arvsmassa, ”epigenomet”, som bestämmer olika celltypers specialisering.

Epigenetiken har tidigare handlat om och definierats för celler som delar sig och de förutsättningar som gäller för dem. För hjärnans celler är förhållandena betydligt mer komplexa, då merparten av hjärnans celler inte delar sig.
På senare tid har ny banbrytande kunskap växt fram om hur genreglering och epigenetiska processer är av betydelse för hjärnans mognad och livslånga mentala utveckling. Denna kunskap handlar om synapsernas funktioner och plasticitet och hur den psykosociala miljön påverkar genuttryck av betydelse för känslor, minne, tankar, lärande, stress och kreativitet.

Ett nytt viktigt forskningsfällt är beteendeepigenetik som handlar om hur sociala mönster, koder och livsstil påverkar de epigenetiska processerna och vilka effekterna blir neurobiologiskt, fysiologiskt och beteendemässigt.

Epigenetiska effekter är inte förutbestämda, de kan vara från minuter till timmar, dagar, år, hela livet.  

I vårt DNA finns den biologiska informationen om oss, om hur vi ska se ut och fungera. 

Inne i varje cellkärna ligger vårt DNA tätt ihoprullad kring bollar av histoner som hjälper till att vika ihop DNAt till kromosomer. 

Under rätt förutsättningar kan informationen läsas av genom att olika delar av DNA-kedjan vecklar ut sig och öppnas upp som en dragkedja. Olika molekylgrupper kan då pusslas ihop till RNA som exakt motsvarar en bit av DNA koden.

RNA-molekylen är som ett meddelande som kan ta sig ut i cellen där det översätts av ribosomerna till olika sorters proteiner.

Proteiner skapar en häpnadsväckande dynamik och kan göra allt ifrån att . . . 

. . . transportera molekyler . . .

. . . till att skynda på kemiska reaktioner i form av enzymer . . .

. . . eller åka ut och reglera andra delar av kroppen i form av hormoner, så som insulin eller stresshormonet kortisol.

Repetition tack!? Genernas DNA → kodas om till RNA → som översätts till proteiner → som påverkar hur vi fungerar, ja till och med hur vi beter oss. Så generna är diktatorerna över våra liv?

Det har länge varit vissa delar av vårt DNA som varit lite märkliga. Till att börja med har varje cell (förutom vissa typer av celler såsom röda blodkroppar) en egen uppsättning av hela vårt DNA. Hur vet en cell om den ska vara en hjärncell eller en levercell?

Dessutom är det bara ungefär 1 % av vårt DNA som kodar för proteiner, resten verkade mest vara skräp. Kanske rester från en mindre lyckad evolution? 

Modern forskning har visat att den DNA som inte kodar för proteiner har en annan viktig roll – att reglera vilka proteiner som skall produceras från vilka gener.

Hur detta regleras är mycket komplext. Icke-kodande DNA hjälper inte bara till att peka ut var det kodande DNAt börjar (promotor) utan kan också hjälpa till att förenkla och snabba på (enhancer) avläsningen från DNA till proteiner.

För att dessa skall fungera krävs det ofta att de låses upp av proteiner som har precis rätt form. Sådana ”nyckel-proteiner” kallas transkriptionsfaktorer, eftersom de behövs för att transkribera (kopiera) DNAt.

Andra delar av det icke-kodande DNAt kan användas för att stänga av produktionen. Även avstängningen kräver att rätt nyckel-protein hittar till rätt plats i DNAt. Ofta är det proteinet som produceras av genen som passar i avstängningslåset. På så sätt reglerar proteinet sin egen tillverkning, så att det inte blir för mycket.

Nu vet du några sätt hur gener kan regleras för att skapa rätt proteiner vid rätt tillfälle och i rätt mängd. Lägg nu till tusentals olika proteiner som interagerar med DNAt och varandra på rätt sätt. Får vi då en funderande människa? Det är mer komplicerat än så!

Gener kan inte bara regleras av proteiner, andra sorters molekyler kan också sätta sig på vårt DNA och därmed påverka hur genen används.  En viktig epigenetisk mekanism är metylering. När en metylgrupp sätter sig på DNAt blockerar den oftast utläsningen från genen. Metylgruppen sätter sig helt enkelt i vägen och stänger av genen.

Metylgruppen kan också sätta sig på histonbollarna. Histonmetylering fungerar lite annorlunda och kan både aktivera och inaktivera gener. Ett sätt är genom att metyleringen minskar attraktionskraften mellan histonet och DNAt och det blir därmed lättare att komma åt att läsa av DNAt.

Metyleringen är som lampor som kan slå av och på gener, eller…

… om vårt DNA är som en bok med information så är epigenetik en markerad och överstruken version av en boken. Markeringarna av vilken information som är viktig och inte ser olika ut i olika celler och kan skilja sig mellan olika individer.

Nu kan du två av de viktigaste mekanismerna för att reglera DNA – transkriptionsfaktorer (nyckel-proteinerna) och metylering. En viktig skillnad mellan dessa är att transkriptionsfaktorerna snabbt kan ändras, de fastnar en stund, till exempel under ett stresspåslag eller när du precis har ätit eller ska sova, sen lossnar de och flyter vidare. Detta är bra för att snabbt kunna reglera kroppen, till och med från sekund till sekund!

Metyleringen är ofta betydligt mer bestående. Bestående reglering av gener är perfekt för att specialisera celler så att en hjärncell inte plötsligt börjar bete sig som en levercell!

Även små förändringar i transkriptionsfaktorerna och metyleringsmönstren kan leda till att nya sorters proteiner blir aktiva och kan starta en kedjereaktion av andra proteiner. Så vad styr regleringsmekanismerna? Molekylerna som finns i cellen, i kroppen, i världen runt omkring oss och hur vi interagerar med dem. Det är alltså INTE generna eller miljön, det är generna tillsammans med miljön! Är det fjärrkontrollen eller batterierna som styr TVn?

Epigenetiken gör att till och med identiska tvillingars DNA kan uttryckas på olika sätt, i olika individer, i olika delar av livet, i olika miljöer.

Vi är extra känsliga för epigenetiska förändringar när vi växer eftersom en epigenetisk förändring ofta överförs när våra celler delar sig.

Kraftig fysisk eller psykisk misshandel av barn kan leda till förändringar av deras epigenetiska landskap och förändringarna går att se om man studerar barnens DNA. Även om barnen inte har något medvetet minne av misshandeln innebär de epigenetiska ärren en förhöjd risk för hjärtsjukdomar, drogmissbruk, depression och cancer.

Som tur är går epigenetiska förändringar att påverka, bland annat med fysisk aktivitet, kost, sömn och inte minst social trygghet. Vänner räddar liv, bara genom att finnas.

Sedan jag börjat förstå vad epigenetiska processer kan leda till, har jag omvärderat ett antal händelser i mitt liv; jag har fått en annan ”världsbild”. Epigenetiken har verkligen varit en ögonöppnare för mig.

Birgitta Mc Ewen, docent i naturvetenskapernas didaktik vid Karlstads universitet

Epigenetik och lärande

Epigenetiska mekanismer ger oss en helt ny förståelse för hur våra gener samspelar med vår miljö och epigenetiken är utan tvekan en viktig faktor i skapandet av vilka vi är och hur vi fungerar och utvecklas. Epigenetiska mekanismer påverkar vår förmåga att lära både direkt och indirekt. En direkt påverkan sker exempelvis i hjärnregionerna cortex och hippocampus där epigenetiska förändringar utgör en del av minnesfunktionen. Indirekta effekter på lärande kan fås av de epigenetiska förändringar som vår livsstil leder till. Livsstilsfaktorer som kost, fysisk aktivitet, återhämtning, social trygghet och exponering för stress kan påverka förutsättningarna för att lära, och inte bara på kort sikt när vi är superhungriga eller trötta. Livsstilsfaktorerna kan nämligen leda till epigenetiska förändringar som påverkar förutsättningarna för att lära även på mycket lång sikt. Om vi är intresserade av ett hållbart livslångt lärande blir sådana epigenetiska förändringar högintressanta. Det är då inte bara viktigt att lägga tid och ansträngning på det vi vill lära oss för stunden, utan det är också viktigt att vara med och forma det egna epigenetiska landskapet så att det ger bra förutsättningar för lärande genom hela livet. 

Några områden som ofta överdrivs är:

  • att vi säkert vet att epigenetiska förändringar ärvs över generationsgränser. Det finns starka belägg för att epigenetiska förändringar kan ärvas i växter och indikationer på att det även sker i gnagare. Om epigenetiska förändringar kan ärvas hos människor är däremot betydligt mer oklart. Även om motsvarande biologiska mekanismer mycket väl kan finnas hos människor så finns det än så länge inga starka belägg för det. Dessutom är människor betydligt mer komplexa och de epigenetiska effekterna skulle därför kunna ha mindre betydelse, även om de finns. Läs mer här och här.
  • att vi vet vilken sorts mat som leder till vilka epigenetiska förändringar. Det finns starka bevis för att vår kost och livsstil leder till epigenetiska förändringar som påverkar vår hälsa, men vi är långt ifrån att veta precis vad som händer för enskilda livsmedel. Det är sannolikt inte ens så relevant att fokusera på isolerade näringsämnen utan det är ätmönster som spelar roll, eftersom kroppen, livsstilen, kosten m.m. utgör en oerhört komplex dynamik. Hur morotsätandet påverkar epigenetiken beror därför troligtvis på vad mer vi äter.
  • att vi kan bota cancer med epigenetiska behandlingsmetoder. Cancerceller kan ofta kännas igen genom att deras epigenetiska landskap driver iväg och förändrar cellens beteende. Det pågår därför mycket intressant forskning om hur vi kan ta fram mediciner som känner igen cancerceller på deras epigenetiska förändringar och endast angriper dessa celler men låter friska celler vara. På så sätt hoppas forskare kunna minska de allvarliga bieffekter som cancerbehandlingar ofta leder till. Men än så länge är konventionella cancerbehandlingar mer effektiva.

Arbeta med epigenetik

Lär yngre elever och barn att förstå hur epigenetiken fungerar med en lek!

Referensmaterial

Lär dig mer om epigenetik och genreglering i någon av källorna nedan.

Video

Föreläsningsserie som illustrerar och förklarar biokemi – den fascinerande världen om hur kroppen fungerar på molekylnivå. 

Föreläsningsserie som illustrerar och förklarar kromosomer…

…och epigenetisk reglering av gener.

Avancerad föreläsningsserie om mänskligt beteende. Föreläsning 4-7 handlar om den genetiska komponenten av vilka vi är.

Externa hemsidor

Hemsida som sprider kunskap och forskning om epigenetik.

Böcker

Introducing Epigenetics: a Graphic Guide

av Cath Ennis och Oliver Pugh

Granskare

Jag kom i kontakt med epigenetik för snart tio år sedan och förstod genast att detta är ett mycket viktigt område, eftersom det rör grundläggande biologiska processer. Ett av de trätoämnen som diskuterats länge är vilka egenskaper som beror på arvet och vilka som beror på miljön. Epigenetiken kan elegant föra samman dessa två till arv och miljö, och visa att våra egenskaper (med få undantag) är beroende av båda genom att förklara de molekylära processerna bakom. Detta synsätt gäller också för lärande.

Universitetslektor, docent i naturvetenskapernas didaktik

Karlstads universitet

Social etiologi (orsakssamband) till sjukdom och sjukdomars återverkan på sociala förhållanden har få kända mekanismer. Epigenetiken kan fylla stor del av bristen på kunskap inom detta område.

Professor emeritus i socialmedicin

Umeå universitet