Χάρτης του «επιγονιδιώματος» φωτίζει την ανάπτυξη των εμβρύων

Πώς προκύπτουν από ένα και μόνο κύτταρο όλοι οι διαφορετικοί ιστοί του σώματος; Μέσω του «επιγονιδιώματος», ενός περίπλοκου συστήματος από χημικούς διακόπτες που ενεργοποιούν και απενεργοποιούν τα κατάλληλα γονίδια σε κάθε κύτταρο.

Το περίπλοκο αυτό σύστημα ρύθμισης γίνεται τώρα λίγο καλύτερα κατανοητό χάρη σε ανάλυση που δημοσιεύεται στην επιθεώρηση Cell από μεγάλη, διεθνή ερευνητική ομάδα.

Τα νέα δεδομένα, προϊόν μιας τετραετίας πειραματισμού και ανάλυσης, συμπληρώνουν τις γνώσεις μιας για το γονιδίωμα και αναμένεται να αξιοποιηθούν σε όλους ουσιαστικά τους τομείς της βιοϊατρικής έρευνας.

Όλα τα κύτταρα του σώματος προέρχονται ένα γονιμοποιημένο ωάριο που διαιρείται ξανά και ξανά μέχρι να προκύψουν όλοι οι εξειδικευμένοι ιστοί, από το ανοσοποιητικό σύστημα μέχρι τα νύχια. Και προκειμένου να σχηματιστεί κάθε ξεχωριστός ιστός, τα κύτταρά του πρέπει να διαφοροποιούνται σε σχέση με τα κύτταρα από τα οποία προήλθαν. Κάθε κύτταρο πετυχαίνει αυτή τη διαφοροποίηση εκφράζοντας μόνο ένα ένα μέρος των γονιδίων του, ενώ ταυτόχρονα καταστέλλει ενεργά την έκφραση άλλων γονιδίων.

«Μελετήσαμε πώς τα γονίδια ενεργοποιούνται ή απενεργοποιούνται καθώς τα εμβρυακά κύτταρα διάλεγαν τη μοίρα τους και αποφάσιζαν ποια τμήματα του σώματος θα σχημάτιζαν» λέει ο Μπινγκ Ρεν του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Σαν Ντιέγκο, μέλος της ερευνητικής ομάδας.

Ένας από τους τρόπους με τους οποίους τα κύτταρα ρυθμίζουν την έκφραση των γονιδίων τους είναι η λεγόμενη μεθυλίωση του DNA, κατά την οποία ένα μόριο που ονομάζεται μεθυλομάδα (-CH3) συνδέεται στην αλυσίδα του DNA και ρυθμίζει την έκφραση του αντίστοιχου γονιδίου.

Ένας άλλος μηχανισμός ρύθμισης είναι η προσθήκη μεθυλομάδων όχι στο ίδιο το DNA αλλά στις ιστόνες, τις πρωτεΐνες που διατηρούν πακεταρισμένο το DNA μέσα στους πυρήνες των κυττάρων.

Η νέα ανάλυση αποκαλύπτει ότι τα ρυθμιστικά γονίδια που καθοδηγούν τα αρχικά στάδια της εμβρυακής ανάπτυξης ελέγχονται από έναν μηχανισμό μεθυλίωσης που ονομάζεται H3K27me3 και αφορά την προσθήκη τριών μεθυλομάδων στην ιστόνη Η3.

Αντίθετα, τα μετέπειτα στάδια εμβρυακής ανάπτυξης τείνουν να ρυθμίζονται μέσω της αποσιώπησης γονιδίων με μεθυλίωση του ίδιου του DNA.

Όπως εξηγεί ο Δρ Ρεν, το έμβρυο ακολουθεί αυτή τη λογική επειδή η μεθυλίωση των ιστονών είναι εύκολα αντιστρέψιμη: τα απενεργοποιημένα ρυθμιστικά γονίδια μπορούν να ενεργοποιηθούν εκ νέου σε επόμενα στάδια της ανάπτυξης. Η μεθυλίωση του DNA τείνει αντίθετα να είναι μόνιμη και διασφαλίζει ότι τα διαφοροποιημένα κύτταρα δεν μπορούν να γυρίσουν πίσω σε προηγούμενα στάδια της ανάπτυξης.

Η έρευνα αποκαλύπτει επίσης ότι τα κύτταρα του καρκίνου του παχέος εντέρου παρουσιάζουν μεθυλίωση σε θέσεις όπου κανονικά αυτό δεν παρατηρείται.

Η παρατήρηση αυτή, επισημαίνουν οι ερευνητές, υποδεικνύει ότι το επιγονιδίωμα ενδέχεται να παίζει κεντρικό ρόλο στην εμφάνιση καρκίνου.

Τα επόμενα χρόνια τα δεδομένα που συγκεντρώθηκαν θα μπορούσαν να αποδειχθούν σημαντικά στη μελέτη και αντιμετώπιση κι άλλων ασθενειών.

Στο απώτερο μέλλον θα μπορούσαν επίσης να δώσουν ώθηση στην αναγεννητική ιατρική, έναν ανερχόμενο κλάδο που επιχειρεί να καλλιεργήσει διαφοροποιημένους ιστούς και όργανα στο εργαστήριο.

Newsroom ΑΛΤΕΡ ΕΓΚΟ