Epigenetyka „powiedziała”, że nie jesteśmy do końca zdeterminowani przez geny – mamy nad nimi pewną władzę, wiemy jak niektóre z nich „włączać i wyłączać”. Czym zajmuje się ta nauka i jak odnosi się do procesów starzenia.
Na Pana wykładzie usłyszałam, że z epigenetyką jest jak z utworem muzycznym. Mamy nuty, czyli nasze DNA, ale to od muzyka zależy, jak utwór zabrzmi – które dźwięki będą donośne, a które będą wyciszone. Z tego samego zapisu mogą powstać zupełnie różne melodie. Jeśli chodzi o mechanizmy epigenetyczne, bardzo wiele zależy od środowiska i naszych świadomych zachowań. Czym zatem jest epigenetyka?
Najlepiej to wytłumaczyć na przykładzie. Wywodzimy się z jednej komórki, która ma jeden zestaw genów. Powstaje z niej bardzo skomplikowany organizm, który ma tryliony komórek, i chociaż w każdej z nich DNA jest dokładnie takie samo, to jednak komórki te tworzą ponad 200 typów tkanek. Są w nich komórki, które wykonują kompletnie różne zadania, na przykład komórki nerwowe przewodzą prąd, a komórki mięśniowe się kurczą. Jak to jest, że takie samo DNA daje tak zasadniczo inne komórki? Jak na podstawie „jednej instrukcji” budowane są specyficzne komórki? Ta instrukcja to taki twardy dysk z zestawem genów. Wszyscy, generalnie mówiąc, mamy je takie same, tylko np. komórka nerwowa nie będzie wykorzystywała wszystkich genów, aby pracować, a komórka mięśniowa będzie z kolei potrzebowała innych genów, by wykonywać swoje zadania. Wszystkie mechanizmy wskazujące, które geny powinny dojść do głosu w specyficznej komórce, a które milczeć, to mechanizmy epigenetycznej kontroli genów, przedmiot badań epigenetyki.
Epigenetyka to dziedzina nauki, która zajmuje się badaniem tego, jak to się dzieje, że dane geny w konkretnej komórce działają, a inne są nieaktywne.
Czyli nie do końca jest tak, że chodzi tylko o wpływ środowiska…
Chodzi o środowisko. To, co opisałem, to działanie epigenetycznych mechanizmów podczas normalnego rozwoju zdrowego organizmu, regulowanego przez mechanizmy epigenetyczne. Ale organizm nie żyje w sterylnych warunkach laboratoryjnych, gdzie wszystko jest idelane. Każdy w ciągu życia jest narażony na różne warunki środowiskowe, które oddziaływają na komórki. Mówimy tu na przykład o promieniowaniu UV, sposobie odżywiania, paleniu papierosów – generalnie wszystkich czynnikach, które mają wpływ na komórki. Te czynniki w bardzo małym stopniu wpływają na samo DNA, bo ono jest bardzo stabilne w każdej komórce. Dobrze to obrazuje fakt, że zmiana DNA, czyli mutacja, w każdej komórce powstaje od 1 do 50 razy dziennie, tylko te mutacje są bardzo efektywnie naprawiane. Nawet nie zauważamy, że coś zepsuło, bo każda komórka ma bardzo precyzyjne mechanizmy naprawiania uszkodzeń.
Inną sprawą są mechanizmy epigenetyczne. Jeśli poddamy je działaniu środowiska, mogą się psuć. Najlepiej obrazuje to przykład. Kiedyś były płyty kompaktowe, z których odtwarzaliśmy ulubione piosenki, używając odtwarzacza. Gdy np. biegło się z takim odtwarzaczem płyt, to często piosenki przeskakiwały. Te przeskoki były powodowane właśnie czynnikami środowiskowymi, czyli w tym przypadku wstrząsem. Nagle sczytywana była inna piosenka niż ta, której słuchaliśmy. Podobnie jest z genami. Wiele z czynników środowiskowych może doprowadzić do „przeskoczenia” czy „zaburzenia działania” genów, które można porównać do pojedynczych piosenek na płycie. Mechanizmy epigenetycznej kontroli genów to taki odtwarzacz piosenek z płyty, umożliwiający prawidłowe działanie genu, który jednak pod wpływem niekorzystnych bodźców środowiskowych zaczyna robić błędy. Środowisko można właśnie tak rozumieć – jako wpływ na mechanizmy, które powinny w komórce działać, aby ta robiła to, co powinna. Niestety w wielu przypadkach środowisko działa niekorzystnie i potrafi wytrącić z równowagi mechanizmy epigenetyczne. System naprawy mechanizmów epigenetycznych nie jest tak efektywny jak mechanizm naprawy samego DNA. Takie wytrącenie z równowagi mechanizmu, który kontroluje gen, może trwać tak długo, jak niekorzystny czynnik oddziałuje na komórkę.
Dobra wiadomość jest jednak taka, że po ustaniu szkodliwego czynnika wszystko może wrócić do normy – i w tym tkwi całe piękno epigenetyki.
Słyszałam, że w tym procesie chodzi o to, że potocznie mówiąc, na skutek czynników środowiskowych dochodzi do „zabrudzenia genów”, które polega na przyczepianiu się do nich cząstek zaburzających ich eksperesję. Z Pana wypowiedzi wynika jednak, że te „brudy” można usunąć…
Dokładnie tak jest, choć wciąż dopiero badamy te procesy. Wiemy na przykład, że wskutek palenia papierosów do genów w komórkach krwi przyczepiają się właśnie takie cząsteczki, ale po kilku latach od rzucenia palenia te niekorzystne zmiany znikają. Komórki wracają do swojej zwykłej pracy, tak jak im natura nakazała. Jest to możliwe i ma zasadnicze konsekwencje dla medycyny. Bo jeśli znamy mechanizm naprawiania, możemy zastosować leczenie, które może być tak proste (albo tak trudne) jak zmiana stylu życia i usunięcie ze środowiska, w którym żyjemy, czynnika wytrącającego mechanizmy epigenetyczne z równowagi. W kontekście epigentyki zmienia się koncept leczenia chorób.
Dotychczasowe leczenie np. nowotworów skupia się na wycięciu albo zabiciu każdej chorej komórki, pozbyciu się jej z organizmu, podczas gdy komórkę z zaburzonymi mechanizmami epigenetycznymi można naprawić, przywrócić jej normalne funkcjonowanie. Tak więc koncept leczenia epigetycznego jest zasadniczo inny od pryncypialnego leczenia i interwencji w medycynie, jakie dotychczas stosowaliśmy.
Co dokładnie dzieje się z genem narażonym na niekorzystne warunki środowiska i jak to naprawiamy?
Tu trzeba wrócić do zagadnienia, jak to działa na poziomie komórkowym, molekularnym. Bardzo upraszczając, komórka pełni określoną funkcję, ponieważ geny w tej komórce są naznaczone – nazwijmy to tak – znacznikami. Najczęściej są nimi grupy metylowe, które przyłączają się do genu i „mówią mu” co ma robić – jednemu genowi, że ma działać, a innemu, że ma nie działać w tej komórce. Epigenetyczne naprawianie genów sprowadza się więc przeważnie do usuwania znaczników z genów, na których nie powinno ich być. Albo do przywracania znaczników na genach, z których one zniknęły pod wpływem środowiska.
Czy to zawsze są grupy metylowe?
Nie, to byłoby za proste. Jak to w naturze, metylacja genu, czyli przyłączenie do niego pewnej grupy chemicznej, to tylko jeden z mechanizmów regulacji działania genów, a jest ich cały wachlarz. Metylację jak do tej pory najłatwiej badać, jest najwięcej badań jej dotyczących, to jeden z najważniejszych mechanizmów epigenetycznych. Jednak generalnie rzecz biorąc, zawsze chodzi o to samo – jeśli znacznik powstał po działaniu środowiska, to należy go usunąć, a jeśli go nie ma, bo pod wpływem niekorzystnego czynnika środowiskowego został usunięty, to należy go przywrócić.
Dlaczego już po rozwoju komórek, gdy każda z nich robi to, co powinna, wciąż istnieją takie plastyczne mechanizmy?
Plastyczność mechanizmów epigenetycznych to bardzo ważny mechanizm adaptacyjny. Gdyby czynniki środowiskowe przyłączały i usuwały znaczniki na genach i nic się już tym nie dawało zrobić, to de facto komórka musiałaby umrzeć, bo dość szybko przestałaby pełnić swoje funkcje. A mechanizmy epigenetyczne pozwalają na okresowe dostosowanie się do środowiska. Komórka jest jakby „trochę chora”, gdy znaczniki są pomieszane, ale to pozwala jej przetrwać czas niekorzystnego wpływu środowiska. Tak natura nas zaprojektowała. Jednak jeśli niekorzystne warunki środowiskowe, takie jak złe odżywianie, trwają wystraczająco długo, doprowadzi to do pojawienia się chorób, chyba że zaczniemy usuwać niekorzystne czynniki ze środowiska, np. dobrze się odżywiając – wtedy wszystko wróci do normy. To ewolucyjnie piękny mechanizm.
Jeśli chodzi o urodę, zdrowie skóry, o wygląd w ogólności – jak badania epigenetyczne przekładają się na praktykę, na anti-aging?
Przyjrzyjmy się na przykład działaniu promieni słonecznych na skórę. Jeśli wystawiamy na nie skórę, to raczej nie umrzemy od tego, ale promieniowanie słoneczne zaburza prawidłowe funkcjonowanie komórek. Łatwo zauważyć różnicę między skórą eksponowaną i nieekspeonowaną na promienie słoneczne – i jedna, i druga skóra spełnia swoje zadanie w organizmie, ale wyglądają one zasadniczo inaczej. To pokazuje właśnie tę plastyczność, o której mówiłem – skóra będzie próbowała leczyć zmiany, które zachodzą, i funkcjonować. UV to czynnik zewnętrzny, ale tak samo jest z czynnikami wewnętrznymi. Pewne elementy diety wpływają korzystnie na jakość komórek. Jeśli składników odżywczych nie ma, to komórki do pewnego stopnia się dostosują, będą próbowały przetrwać, ale nie będą „ładne”, witalne, nie będą pracowały, tak jak powinny, co najlepiej widać w przypadku skóry, której komórki w tych warunkach zaczynają wyglądać staro. Oczywiście nie zatrzymamy procesu starzenia. Komórki będą się starzały, ale jest zasadnicza różnica między skórą starzejącą się chronologicznie, a taką, w której te procesy przyspieszyły, bo skóra jest poddana działaniu niekorzystnych czynników.
Czy kosmetyk może mieć wpływ na mechanizmy epigenetyczne?
Kosmetyk to też dieta – wraz z nim dostarczana jest pewna substancja, która oddziałuje na komórkę, tak samo jak pokarm. Nie ma zasadniczej różnicy między tym, co dostarczone wewnętrznie, a tym, co zewnętrznie.
Komórka powinna być chroniona przed działaniem UV filtrem SPF, ale jednocześnie należy jej dostarczyć od wewnątrz substancji do prawidłowego funkcjonowania. Albo komórkę pokryjemy filtrem UV i nie dopuścimy do oddziaływania złego czynnika albo wewnętrznie dostarczymy substancję, która odpowiednio odżywi komórkę, by ta była zdrowa.
Czy kosmetyk może naprawiać mechanizmy epigenetyczne w komórkach skóry? Pewne składniki aktywne zastosowane w produktach podobno zabezpieczają geny przed przyczepianiem się grup metylacyjnych.
To jest zbyt duże uproszczenie – te składniki nie wpływają bezpośrednio na grupy metylowe. Substancje zawarte w kosmetykach mogą wpływać pozytywnie na mechanizmy epigenetyczne, które regulują geny, ale ta regulacja to cała kaskada skomplikowanych reakcji chemicznych. Każdy jej etap wymaga specyficznych substancji odżywczych, które musimy dostarczyć do komórki. Dbając o poszczególne etapy kaskady i dostarczając potrzebnych substancji, półproduktów, efektywnie wpływamy na cały proces. W tym zakresie odnieśliśmy niemały sukces. I tak to należy rozumieć. Krem nie zastąpi enzymu, który przyłącza i odłącza grupy metylowe, ale enzym ten nie będzie działał, jeśli w komórce nie ma substancji umożliwiających jego prawidłowe działanie, a te krem już może dostarczyć. Na razie cały czas uczymy się, jak substancje potrzebne do prawidłowego działania mechanizmów epigenetycznych działają i jak je dostarczyć do komórek, oraz szukamy nośników, które przetransportują te substancje do komórki. Podobnie jest z witaminami. Można połknąć pigułkę multiwitaminy, a i tak niewiele z niej się wchłonie, bo większość witamin potrzebuje dodatkowych czynników, aby wejść do krwioobiegu, a potem do komórki, na przykład tłuszczów. W kosmetyce jest podobnie. Dlatego badania tak bardzo się rozwijają. Warto tu wspomnieć o popularnych dziś różnych technikach pobudzania komórek do regeneracji, takich jak lasery. Skóra ma niebywałe możliwości regeneracyjne, a tymi metodami je uruchamiamy. Jeśli jednak w procesie regeneracji skóry po takim zabiegu nie dostarczymy nowym komórkom z „czystymi” genami substancji do prawidłowego funkcjonowania, nie osiągniemy pełnego efektu. Jeśli ktoś próbuje stymulować skórę, gdy organizm nie ma substancji, które są potrzebne do odbudowy tkanek, nie odniesie sukcesu. Gdy po takiej terapii dołoży działanie niekorzystnych czynników środowiskowych, przez na przykład wyjście na słońce, to się to raczej dobrze nie skończy.
Wszystkie mechanizmy epigenetyczne razem określamy generalnie jako epigenom, gdy mówimy o prawidłowym funkcjonowaniu organizmu.
Często na wykładach pokazuję slajdy z dwiema myszami aguti. Matka jednej z nich miała bardzo złą dietę podczas ciąży, a druga jadła bardzo dobrze. Urodziły się dwie genetycznie jednakowe myszy, ale jedna była otyła i nienaturalnie żółtego koloru, a druga szczupła i normalnego koloru. To obrazuje, jak ważne jest dostarczenie organizmowi czynników umożliwiających budowę komórki.
Rozumiem, że w kontekście szeroko pojętego anti-agingu zadziałają takie same mechanizmy, jak w przypadku skóry…
Tak, mechanizm jest de facto taki sam, a badania w tej dziedzinie zaczęliśmy określać jako badania nad zdrowym starzeniem się – z angielskiego longevity. Póki co starzenie kojarzy się z niesprawnością, chorobami i cierpieniem, ogólnie z rozkładem. Nowy koncept jest taki, że choroby wiązane na ogół ze starością spowodowane są tym, jak żyliśmy, że „zapracowaliśmy” na nie, czyli do jakiegoś stopnia nasz styl życia zepsuł mechanizmy epigenetyczne w naszych komórkach. Tylko około 30% z tego, jak się starzejemy, to geny. W koncepcie zdrowego starzenia, liczy się holistyczne podejście do procesu starzenia już od 30.–40. roku życia. Polega to na tym, by aplikować korzystne zachowania, styl życia, unikać ekspozycji na niekorzystne czynniki, a jednocześnie dostarczać organizmowi odpowiednich substancji odżywczych, by nie dopuścić do rozchwiania się mechanizmów epigenetycznych i w konsekwencji do rozwoju chorób. Longevity to dziedzina nauki, która bardzo się rozwija.
Sama epigenetyka rozpoczęła się od badania nowotworów i onkologii. Teraz zdrowe starzenie i badania epigenetyuczne w tak zwanym „beauty industry” zaczynają być wyraźnym trendem w rozwoju tych badań.
Mechanizmy epigenetyczne mogą bardzo pomóc genowi, by choroba powstała, a mogą go całkowicie zastopować. Epigenetyka „powiedziała”, że nie jesteśmy do końca zdeterminowani przez geny. Masz może genetyczny bagaż, ale to wcale nie znaczy, że będziesz żyć krócej. Sama genetyka nie bardzo może poradzić sobie z obniżeniem ryzyka chorób. DNA jest i ono się nie zmienia. Epigenetyka to zmiana sposobu myślenia. Jeśli chodzi o obniżanie ryzyka chorób, łączy się z wyeliminowaniem pewnego czynnika środowiskowego. Odnosi się to m.in. do chorób układu krążenia i onkologicznych, ale także do zachowania atrakcyjnego wyglądu. Epigenetyka tłumaczy, jak nasze zachowania ograniczają dojście do głosu tego, co zostało zapisane w DNA, czyli trochę upraszczając, daje nam władzę nad genami.