SVE VIŠE novih istraživanja posljednjih godina pokazuje da bi u razumijevanju razvoja raka važnu ulogu mogla imati misteriozna epigenetika, a ne samo genetika.

Zbog složenih, još uvijek nedovoljno istraženih načina na koje utječe na organizam, epigenetika se često naziva "tamnom tvari biologije" ili "tamnom tvari raka". Naziv je nadahnut terminom tamna tvar kojim je u fizici označena materija za koju se vjeruje da postoji u većim količinama od vidljive tvari, ali o kojoj ne znamo gotovo ništa.

Što je epigenetika?

Geni igraju važnu ulogu u ljudskom zdravlju, no podjednako važni su i proces starenja, ponašanje, odnosno životni stil i okolina u kojoj živimo, primjerice način prehrane, fizička aktivnost i loše navike poput pušenja.

Grčki prefiks epi- (ἐπι- "preko, izvan, oko") u epigenetici podrazumijeva značajke koje su "povrh" ili "dodatne" nasljednoj genetskoj osnovi zapisanoj u molekuli DNA. Još do nedavno smatralo se da je zapis na razini molekule DNA, odnosno njegove promjene uzrokovane mutacijama alfa i omega za utvrđivanje sklonosti raznim bolestima, osobito karcinomima. No, danas se sve više istražuje utjecaj epigenetike, promjena koje ne ostavljaju trajni trag na molekuli DNA, na zdravlje.

Epigenetika kao znanost istražuje načine na koje razni čimbenici mogu uzrokovati promjene koje utječu na funkcioniranje gena. Za razliku od genetskih promjena, epigenetske promjene su reverzibilne i ne mijenjaju DNA, ali mogu promijeniti način na koji organizam čita DNA.

Primjerice, geni određuju koji će se proteini u kojim količinama stvarati u organizmu. Promjene u genima mogu promijeniti proteine koji će se stvarati. Primjerice, izlaganje UV zrakama sunca može uzrokovati promjene u genima, odnosno u DNA, mutacije, koje u konačnici mogu rezultirati stvaranjem raka.

No, u ovim procesima važna je i tzv. ekspresija gena, odnosno njihovo uključivanje i isključivanje na koje mogu djelovati epigenetske promjene. Drugim riječima, okruženje i ponašanje, poput prehrane i tjelovježbe, mogu rezultirati epigenetskim promjenama, koje pak mogu utjecati na način na koji će funkcionirati ljudski geni a da nije nužno došlo do promjene u DNA.

Kako djeluje epigenetika?

Epigenetske promjene utječu na ekspresiju gena na različite načine. Američki centri za kontrolu i prevenciju bolesti navode sljedeće procese.

Metilacija DNA

Metilacija DNA podrazumijeva da se na izvornu DNA na određenim mjestima vežu neke metilne, kemijske skupine. One tako fizički blokiraju proteine ​​koji bi se vezali na to mjesto u DNA kako bi čitali poruke gena. Ove kemijske skupine mogu se ukloniti procesom koji se zove demetilacija. Metilacija obično isključuje gene, a demetilacija ih uključuje. Metilacija DNA neophodna je za normalan razvoj i povezana je s brojnim ključnim procesima, uključujući ekspresiju gena (njihovo uključivanje i isključivanje), inaktivaciju kromosoma X, potiskivanje elemenata koji se mogu prenositi po DNA i duplirati te starenje i razvoj tumora.

Modifikacija histona

DNA se u stanici obavija oko proteina koji se nazivaju histoni kako bi zauzela što manje prostora. Kada su histoni čvrsto zbijeni, proteini koji čitaju gene ne mogu lako pristupiti DNA, pa se gen koji bi trebao biti očitan isključuje. Kada su histoni labavo pakirani, veći dio DNA nije omotan oko histona. Zbog toga je izložen tako da mu proteini koji čitaju gen mogu lakše pristupiti pa je gen uključen. Iz histona se mogu dodati ili ukloniti kemijske skupine koje će odrediti hoće li se oni gušće ili labavije upakiravati. Na taj način određeni se geni mogu uključivati ili isključivati.

Nekodirajuća RNA

DNA u organizmu daje upute za stvaranje kodirajuće i nekodirajuće RNA. Kodirajuća RNA ima funkciju u stvaranju proteina. Nekodirajuća RNA pomaže u kontroli ekspresije gena tako što se veže za kodirajuću RNA, zajedno s određenim proteinima, kako bi se razgradila kodirajuća RNA tako da se ne može koristiti za stvaranje proteina. Nekodirajuća RNA također može regrutirati proteine ​​za modificiranje ranije spomenutih histona kako bi oni uključili ili isključili gene.

Kako se epigenetika može mijenjati?

Epigenetičke modifikacije se mijenjaju s godinama, dijelom kao dio normalnog razvoja, dijelom kao posljedica starenja, a dijelom pod utjecajem okoline i ponašanja.

Epigenetika i razvoj

Epigenetske promjene počinju i prije rođenja. Sve stanice organizma imaju iste gene, no izgledaju i djeluju drugačije. Tijekom rasta i razvoja epigenetika pomaže odrediti koju će funkciju neka stanica imati, primjerice, hoće li postati živčana stanica ili stanica mišića, iako sve imaju istu DNA. Epigenetika omogućuje mišićnoj stanici da u DNA uključi gene koji će joj omogućiti da stvara proteine ​​važne za njen posao te da isključi gene važne za rad živčane stanice.

Epigenetika i dob

Epigenetski profil pojedinca se mijenja tijekom života. On pri rođenju nije isti kao tijekom mladosti ili u starosti.

Primjerice, znanstvenici su izmjerili ranije spomenutu metilaciju (koja utječe na isključivanje i uključivanje gena) na milijunima mjesta na DNA novorođenčeta, 26-godišnjaka i 103-godišnjaka. Rezultati su pokazali da metilacija značajno opada s godinama.

Epigenetika i reverzibilnost

Epigenetske promjene nisu trajne, već su reverzibilne, za razliku od mutacija koje su trajne promjene u našoj DNA. Na njihove promjene značajno utječe okoliš.

Primjerice, pušenje može rezultirati epigenetskim promjenama tako da pušači imaju smanjenu metilaciju gena AHRR u odnosu na nepušače. No, istraživanja su pokazala da se normalne razine metilacije mogu povratiti, ponekad već za manje od godinu dana od prestanka pušenja.

Epigenetske promjene u tumorskim stanicama često nalikuju reaktivaciji gena koji su utišani tijekom embrionalnog razvoja i više nisu aktivni u našim tkivima u odrasloj dobi.

Nova dijagnostika i terapije

Iz svega navedenog jasno je da bi podrobnija istraživanja epigenetike mogla rezultirati boljom dijagnostikom i novim terapijama, no ona su za sada još uvijek u povojima.

U časopisu Nature nedavno su objavljena dva rada koja govore u prilog ideji da bi za bolje razumijevanje razvoja, dijagnosticiranje i liječenje karcinoma trebalo kombinirati genetiku i epigenetiku.

U prvom istraživanju znanstvenici su analizirali više od 1300 uzoraka iz 30 karcinoma crijeva. Rezultati su pokazali da su epigenetske promjene bile vrlo česte u tumorskim stanicama te da su im pomogle da rastu brže od ostalih stanica.

U drugom istraživanju znanstvenici su analizirali mnoštvo uzoraka uzetih iz različitih dijelova istog tumora. Utvrđeno je da čimbenici koji nisu mutacije DNA često utječu na način na koji se razvijaju stanice raka.

Autori studija kažu da njihova otkrića ne mogu dokazati da epigenetske promjene izravno dovode do promjena u razvoju raka te da su potrebna daljnja istraživanja kako bi se pokazalo da se to događa.

"To neće sutra promijeniti kliničku skrb, ali..."

No, glavni autor drugog istraživanja, profesor Trevor Graham, direktor Centra za evoluciju i rak na Institutu za istraživanje raka u Londonu, ističe: "Otkrili smo dodatnu razinu kontrole nad ponašanjem raka - nešto što uspoređujemo s 'tamnom tvari' raka."

Pojasnio je da u nitima molekula DNA, dok se savijaju u svakoj stanici, može doći do zapetljavanja te da to može promijeniti način na koji se geni čitaju, istaknuvši da položaj zapetljanja može biti vrlo važan u određivanju ponašanja raka.

"To neće već sutra promijeniti kliničku skrb, no moglo bi predstavljati put za razvoj novih terapija", rekao je Graham za BBC.

Primjerice, genetsko testiranje na mutacije koje pokazuju sklonost raku, kao što je testiranje mutacija u genu BRCA koje povećavaju rizik od raka dojke, nudi tek dio odgovora na pitanje mogućnosti razvoja karcinoma.

"Testiranjem genetskih i epigenetskih promjena mogli bismo, potencijalno, mnogo točnije predvidjeti koji će terapijski pristup biti najpogodniji za određenu osobu", rekao je Graham.