Epigenetik Men hvad er så epigenetik? Ordet epi er af græsk oprindelse og betyder egentlig ved siden af. Genetik handler om arvelighed, og hvordan vores gener videreføres fra generation til generation. Epigenetikken, derimod, beskæftiger sig med de arvelige forandringer, der ikke direkte involverer forandringer i selve det arvelige materiale, DNA. Det lyder enkelt, men for at forstå hvilket ærinde forskerne er ude i, er det nødvendigt med et indblik i, hvordan celler udvikles og specialiseres. Cellerne forskellige og dog ens Menneskekroppen består af mere end 200 celletyper. Der er nerveceller, hudceller, muskelceller, blodceller osv. Hver celletype adskiller sig fra de øvrige ved at have nogle helt særlige egenskaber det gælder deres udseende, funktion samt hvilke proteiner cellerne hver især producerer. Ikke desto mindre indeholder alle celler fra det samme individ nøjagtig det samme arvemateriale DNA. Det betyder, at cellerne i princippet kunne være blevet helt ens men det blev de altså ikke. Hvorfor nu ikke det? Jo, en celles DNA kan beskrives som en ca. to meter lang streng, som ligger pakket sammen inde i cellens kerne. Langs strengen ligger generne for alle de proteiner, som cellerne kan producere. Men ikke alle gener aflæses i den enkelte celle. Således producerer en nervecelle alene de proteiner, som er nødvendige for netop dens udvikling og funktion. Det samme gælder levercellen, muskelcellen osv. Epigenetik Det centrale spørgsmål er, hvorfor nogle men ikke andre gener aflæses i den enkelte celle? Svaret ligger i den måde, hvorpå DNA et er pakket inde i cellerne. Her er DNA-strengen viklet rundt om proteiner kaldet histoner. Figur 1: DNA og histoner udgør en samlet struktur, kromatinet. Bemærk kromatinets tætte struktur, som kan løsnes op, når genet skal aflæses.
Kromatinets tætte struktur forhindrer altså, at gener aflæses. Først når strukturen er løsnet, bliver generne tilgængelige for aflæsning, og de pågældende proteiner kan produceres. I centrum for forskningen Forskerne ved Center for Epigenetik fokuserer på de mekanismer, der indgår i reguleringen af, hvilke gener der aflæses. Et eksempel på en sådan mekanisme er de små kemiske molekyler (eksempelvis methyl- og fosfatgrupper) som er hæftet på histonerne. Helt konkret har forskerne for nylig identificeret en ny gruppe gener, der regulerer åbningen og lukningen af kromatinets struktur ved netop at fjerne methylgrupper fra histonerne som illustreret i figur 3. Figur 3: DNA er tæt pakket omkring histonen, og derfor er generne inaktive de kan ikke aflæses, og produktionen af proteiner er hæmmet. Nederst har enzymer fjernet metyl-grupperne, og DNA et er åbnet. Nu er generne aktive, og cellen kan producere de pågældende proteiner. Derudover indgår en række andre molekyler og mekanismer i dette store og komplekse system, der regulerer aktiveringen af generne i hver eneste celle. Nogle af disse molekyler og mekanismer er velkendte, men forskerne regner med, at de kun udgør toppen af isbjerget. For hvordan aktiveres de forskellige molekyler, og hvad er det helt præcist der sker? Den epigenetiske forskning bidrager således afgørende til vores forståelse af celleudvikling i alle organismer. Det gælder både den normale celleudvikling på et fosters tidligste stadier såvel som den stadige fornyelse af celler hos det voksne individ. I figur 3 ses et eksempel på, hvor stor betydning forandringer i de epigenetiske mekanismer har for en organismes udvikling.
Figur 4: Til venstre ses et normalt udviklet kønsorgan hos rundormen C. elegans Bemærk den ensartede fordeling af ægcellerne. Til højre ses effekten af manglen på proteinet JMJD3 - kønsorganet er defekt, og ægcellerne klumper sammen. Fra Agger et al, Nature 2007. Epigenetikkens betydning for sygdomsbekæmpelse Forskningen ved Center for Epigenetik handler således i vid udstrækning om at afdække helt grundlæggende mekanismer i normale cellers udvikling. Men epigenetikken rummer samtidig et stort potentiale i forhold til forståelse og bekæmpelse af sygdomme det gælder ikke mindst kræft og sygdomme i centralnervesystemet. De epigenetiske mekanismer, som styrer normale cellers udvikling, er nemlig de samme, der er på spil, når et menneske udvikler fx kræft når sunde celler udvikler sig til syge celler. Således håber forskerne, at epigenetikken på sigt åbner for nye former for sygdomsbehandling. Eksempelvis kan en øget forståelse af, hvordan vigtige biologiske og biokemiske processer reguleres, give mulighed for udvikling af mere præcise lægemidler lægemidler som eksempelvis effektivt bremser kræftcellers ukontrollerede vækst og forhåbentlig samtidig har færre utilsigtede virkninger, end midler man bruger i dag. Ligeledes kan en dybere forståelse af de epigenetiske mekanismer lede til en mere effektiv diagnosticering af sygdomme. Anne Schultz Vognsen og Charlotte Ellesøe Hansen, okt. 2007, BRIC