Genlerimizin toplamından çok daha fazlasıyız. Beslenme alışkanlıkları, hastalık ya da yaşam tarzımız gibi çevresel ipuçlarıyla şekillenen epigenetik mekanizmalar, genleri aktif hale getirme ya da etkisiz kılma açısından DNA’nın düzenlenmesinde önemli bir rol oynuyor. Yaşam boyu biriken epigenetik modifikasyonların, jenerasyon engelini aşıp da çocuğa, hatta toruna aktarılıp aktarılamadığı konusu uzun zamandır gündemde. Şimdilerde, Freiburg’daki Max Planck İmmünobiyoloji ve Epigenetik Enstitüsü’nden araştırmacılar yalnızca DNA’nın kendisinin değil, aynı zamanda aktarılan epigenetik bilgilerin de, yavrudaki gen ifadesinin düzenlenmesine katkıda bulunduğuna dair güçlü bir kanıt ortaya koyuyor. Dahası Nicola Iovino Laboratuvarı tarafından ortaya konulan yeni görüşler, aktarılan bu bilginin biyolojik sonuçlarını ilk defa açıklıyor. Çalışma, annenin epigenetik hafızasının, yeni jenerasyonun gelişimi ve hayatta kalması açısından gerekli olduğunu kanıtlıyor.
Vücudumuzda, 250’den fazla farklı hücre tipi vardır. Hepsi de tıpa tıp aynı düzende, aynı DNA yapılarını bulundurmalarına rağmen, karaciğer ya da sinir hücreleri çok farklı görünür ve farklı işlevleri vardır. Farkı yaratan, epigenetik adı verilen süreçtir. Epigenetik modifikasyonlar, genleri aktive eden proteinleri çekmek ya da uzak tutmak adına, DNA’nın belirli bölgelerini işaretler. Böylece bu modifikasyonlar, her bir hücre tipi için aktif ve pasif DNA dizilimlerinin tipik yapısını adım adım oluşturur. Dahası, DNA’mızdaki sabit “harf” diziliminin tersine, epigenetik işaretlemeler yaşamımız boyunca ve çevremiz ya da yaşam tarzımız uyarınca değişebilir. Örneğin sigara alışkanlığı akciğer hücrelerinin epigenetik yapısını, son aşamada kansere varacak şekilde değiştirir. Stres, hastalık ya da beslenme alışkanlıkları gibi dış uyaranların diğer etkileri ayrıca, hücrelerin epigenetik hafızasında depolanmak durumundadır.
Uzun bir süredir, epigenetik modifikasyonların hiçbir şekilde jenerasyonlar arasında geçiş yapmadığı düşünülüyordu. Biliminsanları, yaşam boyunca biriktirilen epigenetik hafızanın, sperm ve yumurta hücrelerinin gelişimi esnasında tamamen temizlendiği fikrindeydi. Son zamanlarda bir avuç çalışma, epigenetik işaretlemelerin aslında jenerasyonlar arasında aktarılabildiğini göstererek bilim camiasını karıştırdı. Ancak tam olarak nasıl gerçekleştiği ve bu genetik modifikasyonların yavruda ne tür etkileri olduğu henüz anlaşılmış değil. “Epigenetik biliminin 90’ların sonunda atağa geçmesinden beri, epigenetik bilginin jenerasyonlararası aktarımının işaretlerini gördük. Örneğin, epidemiyolojik çalışmalar, dedelerin beslenme geçmişi ile torunlarının diyabet ve kalp damar hastalığına yakalanma ihtimali arasındaki çarpıcı ilişkiyi ortaya koydu. O zamandan itibaren, çeşitli kayıtlar farklı organizmalardaki epigenetik aktarımı öne sürdüler, fakat moleküler mekanizmalar bilinmiyordu,” diyor yeni çalışmanın eşyazarı Nicola Iovino.
Kuşaklar arasındaki epigenetik
Freiburg, Almanya’daki Max Planck İmmünobiyoloji ve Epigenetik Enstitüsü’nde, Iovino ve ekibi, epigenetik modifikasyonların anneden embriyoya nasıl aktarıldığını keşfetmek için meyve sineklerini kullandı. Takım, aynı zamanda insanlarda da bulunabilen H3K27me3 adındaki belli bir modifikasyona odaklandı. Bu modifikasyon, hücre nükleusundaki DNA’nın paketlenmesi olan kromatini ayarlıyor ve çoğunlukla gen ifadesinin baskılanmasıyla ilişkilendiriliyor.
Max Planck araştırmacıları, annenin yumurtasındaki kromatin DNA’ya iz bırakan H3K27me3 modifikasyonlarının, diğer epigenetik işaretlerin silinmesine rağmen, döllenmeden sonra hâlâ embriyoda mevcut olduğunu keşfetti. “Bu da annenin epigenetik işaretlerini yavrusuna geçirdiğini gösteriyor. Fakat bu işaretlerin embriyoda önemli bir işlev görüp görmediğiyle de ilgileniyoruz” şeklinde açıklıyor çalışmanın ilk yazarı Fides Zenk.
Bu yüzden, araştırmacılar meyve sinekleri üzerinde, H3K27me3 işaretlemelerine yer veren enzimi sinekten ayırmak için çeşitli genetik araçlar kullandı ve erken gelişme evresinde H3K27me3’si olmayan embriyoların, embriyogenezin sonuna değin gelişemediğini keşfetti. “Üreme esnasında, epigenetik bilginin bir jenerasyondan öbürüne aktarılmasından ziyade, embriyonun gelişimi açısından da önem arz ettiği ortaya çıktı,” diyor Nicola Iovino.
Embriyolara daha yakından baktıklarında takım, erken embriyogenez evresinde normalde pasif halde bulunan birkaç önemli gelişimsel genin, H3K27me3 olmadan embriyoda aktif hale geldiğini gördü. “Bu genlerin, gelişim sırasında olması gerekenden erken aktif hale getirilmesinin embriyogenezi bozduğu ve sonunda embriyonun ölmesine yol açtığını düşündük. Öyle ki, adeta, bu aktarılan epigenetik bilgi, işleme ve embriyonun genetik kodunun doğru girilmesi açısından gerekli,” şeklinde açıklıyor Fides Zenk.
Kalıtım teorisi ve insan sağlığı açısından göstergeler
Max Planck Enstitüsü araştırmacılarınca yapılan çalışmanın sonuçları, ileriye yönelik önemli bir adım ve aktarılan epigenetik bilginin biyolojik sonuçlarını açıkça gözler önüne seriyor. Bu bilgiler bize yalnızca, sineklerdeki epigenetik modifikasyonun jenerasyonlar arasında aktarılabildiğini göstermiyor; aynı zamanda, anneden aktarılan epigenetik işaretlerin, erken embriyogenezin karmaşık süreci esnasında gen aktivasyonunu kontrol etmek açısında ince ayarlanmış bir mekanizma olduğunu açıklıyor.
Freiburg’daki uluslararası takım, bulgularının geniş çaplı göstergeleri olduğu konusunda ikna olmuş vaziyette. “Çalışmamız, ebeveynlerimizden genlerden çok daha fazlasını aldığımızı gösteriyor. Bize öyle geliyor ki, çevremiz ve bireysel yaşam tarzımızdan etkilenebilen, ince ayarlanmış olduğu kadar önemli de olan bir gen düzenleme işleyişine sahibiz. Bu veriler, en azından bazı durumlarda, edinilmiş çevresel adaptasyonların, germ hattı yoluyla yavruya geçebildiğinin gözlemlenmesi için yeni alanlar sağlıyor. Dahası, epigenetik mekanizmaların işlevinin bozulması kanser, diyabet ve otoimmün rahatsızlıkları gibi hastalıklara yol açabildiğinden, bu yeni bulgular insan sağlığı açısından ipuçları taşıyor olabilir.
