دو موش یکسان از لحاظ ژنتیکی را در نظر بگیرید: چه‌طور ممکن است که یکی از آن‌ها چاق بوده و دیگری جثه کوچکی داشته باشند؟ تغییرات اپی ژنتیکی ناشی از عوامل محیطی احتمالا بتوانند این موضوع را در مورد موش‌ها و نیز انسان ها توضیح دهند.
ژنوم ما حاوی تمام اطلاعاتی است که در مجموع ما را ساخته‌اند، اما در واقع بسیاری از جزئیات رفتاری و ظاهری ما، توسط تنظیم بیان ژن تعیین شده‌اند. نمونه جالب قدرت بیان ژن را می‌توان در موش‌های آگوتی مشاهده کرد که در آن ها دوقلوهای یکسان از لحاظ ژنتیکی می‌توانند از لحاظ اندازه و رنگ بسیار متفاوت باشند. به عنوان مثال، ممکن است یکی از موش‌ها کوچک و قهوه‌ای بوده و خواهر دوقلویش زرد و چاق باشد. ژنوم این موش‌ها یکسان و الگوی بیان ژن آن‌ها متفاوت است. در این موش‌ها، اپی‌ژنوم است که تفاوت‌ها را ایجاد می‌کند. شبکه‌ای از مولکول‌ها را در نظر بگیرید که به صورت تنگاتنگی با DNA هسته‌ای گره خورده اند و قدرت خاموش کردن ژن‌ها را دارا می‌باشند. رفتار این شبکه مولکولی می‌تواند توسط محیط تغییر کند و این تاثیری عمیق بر فنوتیپ فرد دارد.
مقالات مرتبط:
- توارث اطلاعات اپی ژنتیک
- حک گذاری ژنومی و الگوی توارث بیماری‌ها
- اپیستازی: فعل‌وانفعالات ژن‌ها و بیان فنوتیپی بیماری‌های پیچیده مانند آلزایمر
به عناون مثال، در موش‌های نرمال و سالم، ژن‌های آگوتی توسط اپی ژنوم در وضعیت off نگه داشته می‌شوند که در طی آن گروه‌های متیل به نواحی منطبق در DNA متصل شده و منجر به فشردگی DNA و ممانعت از رونویسی می‌گردند. در موش‌های زرد و یا چاق، همین ژن‌ها متیله نیستند. درنتیجه بیان شده و به عبارت دیگر روشن می‌باشند. روشن شدن این ژن‌ها است که حیله طبیعت را آشکار می‌کند. موش‌هایی که ژن agouti در آن‌ها روشن است، خطر ابتلا به دیابت و سرطان بالاتری دارند.
محرک‌های محیطی
تعدادی از فاکتورهای محیطی وجود دارند که می‌توانند رفتار اپی ژنوم یک ارگانیسم را تعیین نمایند. این فاکتورها تعادل میان متیلاسیون و نبود آن و درنتیجه میان ژن‌هایی که خاموش و آن‌هایی که روشن هستند را به هم می‌زنند. یکی از محرک‌های شیمیایی احتمالی، ماده‌ای است که در بطری‌های نوشیدنی پلاستیکی یافت می‌شود و بیسفنولA نام دارد. نتایج یکی از مطالعات نشان داد که در صورت قرار دادن موش باردار در معرض بیسفنول A، تعداد بیشتری از فرزندان یکسان از لحاظ ژنتیکی، نسبت به حالت عادی موردانتظار، زردرنگ شدند. مشخص شد که در این مورد، متیلاسیون DNA در محل قرارگیری ژن آگوتی به میزان ۳۱ درصد کاهش یافته بود. این اتفاق در مورد سایر ژن‌ها نیز اتفاق افتاده بود. نتایج گفته شده، این فرضیه را که بیسفنول A عملکرد اپی ژنوم ارگانیسم را با برداشتن گروه‌های متیل از DNA تغییر می‌دهد، تایید کردند.
نتیجه‌گیری‌هایی که می‌توان از این کشف کرد، حیرت‌انگیز هستند. همزمانی افزایش گسترده چاقی در میان آمریکایی‌ها و استفاده گسترده از بیسفنول A در همه چیز از بطری‌های آب گرفته تا سیلانت‌های دندانی، نمی‌توان در وجود این ارتباط علیتی تفکر نکرد. البته محققان عقیده دارند که چنین ارتباطی نمی‌تواند به صورت قطعی تایید شود و باید شواهد دیگری هم باشند که نشان دهند بیسفنول A قطعا در بیان ژن‌های انسانی درگیر در چاقی نقش دارد.
پس، ژن آگوتی چگونه می‌تواند چنین گستره‌ای از تغییرات را در موش‌ها پدید آورد؟ محققان نخست کشف کردند که پروتئین آگوتی به رسپتور ملانوکورتین واقع در سلول‌های پوستی موش متصل شده و مانع از تولید رنگدانه سیاه توسط این موش‌ها می‌گردد. در نتیجه، در اثر روشن بودن مداوم ژن آگوتی در موش‌های جهش‌یافته، رسپتور ملانوکورتین همیشه بلاک می‌ماند و موش زرد رنگ می‌شود. دانشمندان حدس زدند که ممکن است چنین رسپتوری در مغز هم وجود داشته باشد و سرانجام دریافتند که رسپتورهای ملانوکورتین در ناحیه‌ای از مغز موش که در رفتارهای تغذیه‌ای و تنظیم وزن بدن دخالت دارند، دارای نقش است. در نتیجه به نظر می‌رسد که پروتئین آگوتی مسئول تفاوت‌های فنوتیپی میان دوقلوهای موشی می‌باشد: رنگ پوشش و وزن بدن.
مواجهه با بیسفنول A دقیقا چگونه سلول‌های پوستی و مغزی را تحت تاثیر قرار می‌دهد؟ محققان با مطالعه بیشتر دریافتند که مقادیر متیلاسیون DNA تقریبا در کل بدن موش یکنواخت است. این نتایج نشان دادند که دمتیلاسیونی که منجر به زردی و چاقی موش‌ها می‌گردد، در اوایل رشد رخ داده است. علی‌‌رغم این فرضیه، تمام موش‌های موردبررسی به صورت ناسالم رشد نکردند. به عبارت دیگر، مواجهه با بیسفنول تضمین‌کننده ابتلای موش‌ها به چاقی نبود و تنها ریسک را افزایش می‌داد.
حفاظت محیطی
هنگامی که بیان ژن حین رشد دچار اشکال می‌گردد، همانند چیزی که در مورد موش‌های مواجهه یافته با بیسفنول مشاهده شد، نتایج چنین رخدادی می‌توانند منجر به ایجاد تغییراتی در موش‌های بالغ شود که در هنگام تولد وجود نداشت. این پدیده، fetal programming نام دارد و می‌تواند در بسیاری از بیماری‌ها مانند بیماری‌های قلبی، دیابت، چاقی و سرطان نقش ایفا کند. موش زرد آگوتی مدل حیوانی مناسبی بوده است که مطالعات مربوط به اپی‌ژنتیک و fetal programming روی آن انجام گرفته است. چنین مطالعاتی همچنین نشان داده‌اند که فاکتورهای تغذیه ای می‌توانند مانع از روشن شدن ژن‌های آگوتی شوند.
دانشمندان علاوه بر اینکه متوجه افزایش ریسک ابتلا به بیماری در اثر مواجهه مادر با مواد شیمیایی شدند، بلکه نقش محافظتی برخی از مواد غذایی را نیز کشف کردند. به خصوص، غنی کردن مواد غذایی مادر با مواد دهنده متیل، مانند فولیک اسید و ویتامین B12، با کاهش متیلاسیون DNA که در اثر دریافت بیسفنول A رخ می‌دهد، تداخل می‌کند. به علاوه، یکی از مواد تشکیل دهنده سویا که genistein نام دارد، می‌تواند از افزایش فرزندان ناسالم در نسل‌های بعدی جلوگیری کند. اینکه آیا دریافت مواد فوق پس از وقوع تغییر اپی ژنتیکی، می‌تواند تاثیرات حاصل از اپی ژنتیک را خنثی کند یا نه، در دست بررسی است.
