Epigenetikk er vitenskapen om arvbare, reversible endringer i genaktivitet uten at rekkefølgen på DNA-sekvensen endrer seg. Genene inneholder informasjon om egenskapene en organisme potensielt kan ha, men epigenetiske mekanismer styrer om egenskapen kommer til uttrykk eller ikke. Endringer i genuttrykk kan arves fra celle til celle gjennom celledelingen (mitosen), eller fra foreldre til avkom gjennom kjønnscellene (meiosen).

Selv om DNA-sekvensen i cellene i for eksempel huden, øyet eller nervene er identisk, har disse cellene svært forskjellige egenskaper. Dette skyldes at det er forskjellige gener som er aktive i de ulike celletypene, og disse forskjellene kommer blant annet som følge av epigenetiske modifikasjoner (endringer) som har blitt etablert og opprettholdt under utviklingen. De epigenetiske modifikasjonene består av metylering av DNA-tråden og kjemiske modifikasjoner av histonene som DNAet er bundet til.

Epigenetikken er også et bindeledd mellom arv og miljø, fordi den på molekylnivå forklarer hvordan miljøpåvirkning kan endre uttrykket til de fleste gener. Ved fødselen er en organisme et produkt av genene og miljøpåvirkningene den arver av sine foreldre. Samtidig kan epigenetiske modifiseringer organismen samler opp gjennom sin levetid påvirke hvordan den blir, hvilke sykdommer den får og hvordan den eldes.

Alle cellene i en organisme er genetisk identiske (med unntak av kjønnscellene). Cellene har likevel forskjellige egenskaper som følge av epigenetiske modifikasjoner. 

For at et gen skal kunne uttrykkes, må det være i en åpen form slik at det er fysisk tilgjengelig for proteiner og enzymer som skal lese det. I cellene er DNA organisert i kromatin, det vil si at DNA-tråden er bundet til nukleosomer. Nukleosomer består av proteiner kalt histoner, og disse kan modifiseres ved hjelp av ulike kjemiske grupper. Selve DNA-tråden kan også få tilsatt metylgrupper som kan påvirke lesbarheten, dette kalles DNA-metylering.

Histonmodifikasjoner og DNA-metylering, også kjent som epigenetiske modifikasjoner, påvirker organiseringen og dermed lesbarheten til DNA. Et aktivt gen har epigenetiske modifikasjoner som gir en åpen og lesbar kromatinstruktur, mens et inaktivt gen har en kombinasjon som gir en lukket og ulesbar struktur. Gjennom utviklingen og ved ulike miljøpåvirkninger kan disse epigenetiske modifiseringene endres og overføres til datterceller eller til senere generasjoner.

De epigenetiske modifikasjonene settes på DNA-tråden (metylgrupper) og på histonene (som metylgrupper, acetylgrupper, ubiquitin) av spesialiserte enzymer som dirigeres av små RNA-molekyler eller andre proteiner.

Summen av alle epigenetiske modifikasjoner på kromosomene kalles for epigenomet. En organisme har ett genom, men mange epigenom, som varierer fra celletype til celletype.

De fleste epigenetiske modifikasjonene fjernes fra DNA i embryoet. Dette gjør at cellene kan utvikle seg til ulike organer og vevstyper. Etter hvert skjer det en differensiell metylering av promoterer og regulatoriske elementer for mange av genene, som dermed gir opphav til ulike cellelinjer og vevstyper med forskjellige egenskaper med identisk arvestoff.

Epigenetiske modifikasjoner som er etablert tidlig i utviklingen kan bli husket gjennom celledelingene og opprettholdt gjennom livet. Et eksempel på dette er den tilfeldige inaktiveringen av det ene X-kromosomet i somatiske celler hos hunn-pattedyr.  Katter som har allel for oransje pelsfarge på det ene X-kromosomet, og allel for svart farge på det andre, har pels som danner en mosaikk av oransje og svarte felt (noen ganger hvit) som følge av permanent inaktivering av det ene X-kromosomet.

Imprintede gener er gener hvor enten allelet som arves fra far eller kopien som arves fra mor er inaktive som følge av DNA-metylering og histonmodifisering. Modifiseringene fjernes ikke under embryoutviklingen, men opprettholdes i de somatiske cellene gjennom celledelingen og under utviklingen og i hele organismens liv.  Under utviklingen av kjønnscellene fjernes de, og genene metyleres på nytt i et mønster som avhenger av om kjønnscellen er en spermcelle eller et egg.

Hvis et avkom arver en mutasjon i et gen som er imprintet hos faren (paternell imprinting), vil avkommet ikke bli sykt fordi allelet er inaktivt, men bli sykt dersom det arver allelet fra moren fordi dette er aktivt.

Kjemikalier vi omgir oss med kan føre til epigenetiske endringer som kan ha positive eller negative helseeffekter.  Hunn-mus som får alkohol under svangerskapet har større sannsynlighet for å få avkom med føtalt alkoholsyndrom (FAS). Dette syndromet skyldes delvis endringer i epigenetiske modifikasjoner på enkelte gener. Røyking kan føre til DNA-metylering av gener som vanligvis hemmer kreftutvikling (tumor-supressor-gener), som sannsynligvis resulterer i at disse inaktiveres og dermed ikke kan beskytte cellene mot kreftutvikling.  

Soppmiddelet vinclozolin påvirker kjønnscelleutviklingen i hannrotter som har vist å korrelere med endret DNA-metylering av flere gener. Denne effekten varte i 3 generasjoner og er et eksempel på såkalt transgenerasjonell epigenetisk effekt. Gravide mus som fôres med mat som inneholder bisphenol A, får avkom med endret DNA-metylering på en rekke gener som antas å ha sammenheng med den hormonhermende effekten til stoffet.

Genistein (fra soya) kan motvirke negative effekter sigarettrøyk og bisfenol A har på DNA-metylering, og har vist å aktivere tumor-supressor-gener ved å redusere DNA-metylering og endre kromatinstruktur. Folat (fra blant annet spinat og brokkoli) er viktig kilde til metylgrupper som trengs for å sikre riktig fosterutvikling. Sulforafane, som blant annet finnes i brokkoli, påvirker histonmetylering og DNA-metylering, og har vist å kunne redusere kreftutvikling.

Det finnes også medikamenter som hindrer eller stimuler aktiviteten til enzymene som modifiserer DNA og histoner. Det forskes på om disse kan brukes i behandlingen av sykdommer som skyldes feil regulering av det epigenetiske maskineriet.

Eneggede tvillinger er genetisk identiske, men kan være epigenetisk forskjellige. Ved å sammenligne eneggede tvillinger kan forskerne identifisere hvilke epigenetiske endringer som er viktige for utvikling av ulike sykdommer. Mange sykdommer har blitt knyttet til endringer i epigenetiske modifikasjoner, blant annet Alzheimer, schizofreni, astma og diabetes. Flere kreftformer er assosiert med metylering av tumor-supressor-gener og redusert metylering av proto-onkogener.

I differensierte celler er epigenomet relativt stabilt. Det viser seg likevel at genene akkumulerer metylgrupper etter hvert som vi eldes og på den måten danner en slags epigenetisk klokke.  Forskere har klart å reversere aldringstegn hos mus ved å reprogrammere epigenetiske endringer på gener som er assosiert med aldring.

Jean-Baptiste Lamarck (1744-1829) er en evolusjonsbiolog som er kjent for sin teori om at arter tilpasser seg miljøet og at disse miljøtilpassede, ervervede egenskapene overføres til neste generasjon. Denne teorien mistet anerkjennelse da Darwins evolusjonsteori kom. I dag har oppdagelsen av epigenetikk igjen gjort deler av Lamarcks teori aktuell, selv om dette er kontroversielt.

Conrad Waddington (1905-1975) er kjent som den første som introduserte begrepet epigenetikk som interaksjonen mellom gener og miljø som til sammen bestemmer hvordan en egenskap uttrykkes.

Barbara McClintock (1902-1992) forsket på mais, og var den første som viste at genetisk identiske celler kunne ha forskjellig utseende som følge av varierende genuttrykk, og at disse forskjellene var arvelige og reversible.

Fra 2000-tallet skjedde det en revolusjon innen epigenetisk forskning og blant annet ble mange av enzymene som er involvert i de epigenetiske prosessene oppdaget.

Foreslå endringer i tekst

Foreslå bilder til artikkelen

Kommentarer

26. mai 2011 skrev Camilla Sandbakken

De senere år har det blitt klart at epigenetiske endringer kan overføres via arv - selv om DNA ikke endres.

17. desember 2015 svarte Torbjørn Koch

Ja. Jeg og mine elever blir forvirret av at det øverst i denne artikkelen står følgende: "Epigenetikk, forandringer av genmaterialet, DNA, som IKKE overføres fra en generasjon til neste, men som reversibelt forandrer genets funksjon." Det er jo nettopp dette som er så spennende og spesielt med disse epigenetiske forandringene - at genenes funksjon også NEDARVES.

17. desember 2015 svarte Georg Kjøll

Hei Torbjørn. Takk for innspill! Du har helt rett i at dette bør presiseres i starten av artikkelen, så jeg har godkjent endringsforslaget ditt nå.Artikkelen bør også utvides og ses på på nytt, og vi tar mål av oss å få gjort en revisjon og oppdatering i løpet av ikke altfor lang tid.

Alt godt fra Georg

Har du spørsmål om eller kommentarer til artikkelen?

Kommentaren din vil bli publisert under artikkelen, og fagansvarlig eller redaktør vil svare når de har mulighet.

Du må være logget inn for å kommentere.