Je leest:

Hoe milieufactoren erfelijk worden

Hoe milieufactoren erfelijk worden

Auteur: | 29 maart 2017

Epigenetica is een onderzoeksgebied dat nog volop in ontwikkeling is. Toch zijn er nu al duidelijke aanwijzingen dat epigenetische factoren erfelijk kunnen zijn. Dat is een extra goede reden om onze omgeving heel serieus te nemen. En het is ook een verklaring voor het gegeven dat wij heel snel lijken te evolueren, terwijl ons genoom niet noemenswaardig is veranderd.

Er gaat heel wat tijd overheen voor een verandering in het genoom van een individu zich via natuurlijke selectie blijvend in een populatie nestelt. Dat proces duurt vele generaties. Het is dan ook zeker geen goed mechanisme om snelle veranderingen in onze omgeving te kunnen opvangen als soort. Daarvoor zijn epigenetische mechanismen wél geschikt. Dat wil zeggen: voor een individu.

Maar geldt dat misschien toch ook voor de soort? Met andere woorden: kunnen epigenetische veranderingen zo worden verankerd in het genoom, dat ze doorgegeven kunnen worden aan de volgende generaties. Met nog weer andere woorden: had De Lamarck aan het begin van de negentiende eeuw misschien toch gelijk, dat het milieu invloed heeft op de erfelijkheid? Recent onderzoek suggereert dat dit inderdaad het geval is.

Het gelijk van De Lamarck

Het is inmiddels duidelijk dat ongeveer 4% van het epigenoom tijdens de vorming van de geslachtscellen niet wordt gewist. Van alle epigenetische veranderingen die onder invloed van de omgeving zijn opgetreden, wordt dus 4% vastgelegd in de geslachtscellen, en daarmee doorgegeven aan de volgende generatie. Daarnaast is er ook een vorm van ‘schijnbare overerving’, die ervoor zorgt dat effecten over meerdere generaties optreden.

Roken is bijvoorbeeld slecht voor de gezondheid van het (mee)rokende individu. Roken tijdens de zwangerschap is bovendien slecht voor de foetus. Maar zelfs de geslachtscellen in wording in die foetus hebben last van de rook. Die effecten lopen via epigenetische mechanismen. Zo heeft het roken van oma dus een potentieel effect op de gezondheid van haar nog ongeboren kleinkind! Dit is echter het gevolg van de fysieke aanwezigheid van de cellen van drie generaties in de moeder en geen klassieke genetische overerving.

Tegelijk zijn er ook al bewijzen voor erfelijkheid van stress-gerelateerde afwijkingen in het epigenoom, net als epigenetische veranderingen in relatie tot obesitas. Wanneer muizen in een proefdieronderzoek werden geconditioneerd voor angst, door middel van een stroomprikkel in combinatie met een specifieke geurstof, aceto­pheneon, bleek dat de jongen van deze muizen ook angstig reageerden op die specifieke geur, zelfs als ze daarbij nooit een stroomstootje hadden gekregen.

Om uit te sluiten dat de jongen dit gedrag van hun ouders hadden gekopieerd, werden de muizen in dit onderzoek gekruist met andere stammen, opgevoed in andere nesten of via kunstmatige voortplanting (IVF) verwekt. De geurreceptor voor acetopheneon bleek zowel in het sperma van de geconditioneerde muizen, als bij het nageslacht afwijkend gemethyleerd te zijn.

Een soortgelijke analyse is gedaan bij mensen die de Holocaust hebben overleefd en hun nageslacht. Hier bleek dat een gen dat belangrijk is in de stressrespons (FKBP5) zowel bij de overlevers als bij hun nageslacht afwijkend was gemethyleerd. De gruwelen van de Holocaust lijken dus deels erfelijk.

Epigenetische veranderingen kunnen zowel optreden op DNA-niveau (via methylering van cytosine-basen) als op histoneiwit-niveau (via methylering en acetylering van positief geladen lysines en arginines in de histon-‘staarten’). Sommige modificaties leiden tot genrepressie, andere tot genactivatie.
Jos van den Broek

Erfelijke welvaartsziekten

Obesitas en diabetes type 2 worden welvaartsziekten genoemd omdat ze met name de laatste decennia sterk toenemen onder invloed van de overconsumptie in de westerse wereld. Dit is niet verklaarbaar door klassieke genetische overerving. Soortgelijke studies als hiervoor beschreven, zijn ook gedaan voor obesitas in muizen. En ook nu bleek de obesitas via IVF overdraagbaar te zijn, maar ook door injectie van RNA uit de testis van obese mannetjes in de bevruchtte eicel van een gezond koppel.

Keken de onderzoekers naar het RNA uit de testis van gezonde en aangedane proefdieren, dan bleek dat met name een specifieke klasse van RNA, de zogeheten micro-RNA’s die niet coderen voor een eiwit maar epigenetisch betrokken zijn bij genregulatie, afwijkingen vertoonde. Eén van deze micro RNA’s (miR19b) bleek in staat om, na injectie in een gezonde bevruchtte eicel, obesitas te induceren.

Epigenetica is een onderzoeksgebied dat nog volop in ontwikkeling is. Toch zijn er nu al duidelijke aanwijzingen dat epigenetische factoren erfelijk kunnen zijn. Dat is een extra goede reden om onze omgeving heel serieus te nemen. En het is ook een verklaring voor het gegeven dat wij heel snel lijken te evolueren, terwijl ons genoom niet noemenswaardig is veranderd. Vooralsnog dus eerherstel voor De Lamarck.

De toekomst

Wie een beetje goed winkelt op internet, kan tegenwoordig voor minder dan duizend dollar zijn hele genoom laten uitlezen. Daarmee kun je ook al de nodige gezondheidsrisico’s voorspellen. Maar dat is dan alleen het genoom. Naar de rol van het epigenoom in dat verhaal moet nog veel meer onderzoek worden gedaan. Met dat onderzoek is een groot maatschappelijk belang gediend. Alexander Rinnooy Kan, voorzitter van de Agenda voor de Zorg, stelde in 2015 dat preventie de topprioriteit is voor de gezondheid in Nederland. Roken, ongezond eetgedrag, aan stress gerelateerde gezondheidsproblemen, … het zijn allemaal oorzaken van veel gezondheidsschade die te voorkomen is.

Een stevige wetenschappelijke onderbouwing voor dit thema is welkom. Dat zijn we verplicht aan de 118.000 kinderen in Nederland die jaarlijks blootgesteld zijn aan kindermishandeling, aan al die traumaslachtoffers in oorlogsgebieden, aan al die personen met obesitas en andere welvaartsziekten die soms ook door migratie ontstaan. We onderkennen steeds meer de kwetsbaarheid van de foetus en het jonge kind als het gaat om gezondheidsschade op de langere termijn door een problematische jeugd.

De zorgconsumptie van dergelijke kinderen is ongeveer drie keer zo hoog als van diegenen die opgroeien in een veilige omgeving. De extra zorgkosten van al die mensen met een problematische jeugd bedragen volgens een conservatieve schatting meer dan een miljard euro op jaarbasis. Omgeving speelt in deze problematiek een veel grotere rol dan erfelijkheid, alhoewel afkomst natuurlijk op beide gebieden een rol kan spelen.

Bij een lapjeskat is epigenetische regulatie van het X-chromosoom zichtbaar als verschillend gekleurde vlekken in de vacht.

Shutterstock

Het epigenoom van man en vrouw

Net als bij het genoom is er ook een verschil tussen epigenomen van mannen en vrouwen. Bij bijvoorbeeld lapjeskatten is dat heel duidelijk zichtbaar. Het epigenetische principe ‘X-inactivatie’ zorgt ervoor dat in iedere cel van zowel de vrouw als de man slechts één X-chromosoom actief is. Omdat vrouwen twee X-chromosomen hebben, wordt tijdens de embryonale ontwikkeling één van beide geïnactiveerd. Dat is in eerste instantie een willekeurige gebeurtenis. Bij alle dochtercellen die ontstaan is dan hetzelfde X-chromosoom actief. Hierdoor ontstaat in het lichaam een mozaïek patroon, dat bij de lapjeskatten uitwendig goed zichtbaar is als een vlekkenpatroon. Dit komt omdat beide X chromosomen verschillend zijn voor wat betreft de aanleg van de vachtkleur. Op het ene betreft dit een gen voor zwarte vachtkleur, terwijl het andere het gen voor rood heeft. Hierdoor ontstaan de zwarte en rode gebieden. In uitzonderlijke gevallen worden ook mannetjeskatten geboren met een dergelijk patroon. Deze hebben twee X-chromosomen in plaats van één.

Wetenschappelijke aandacht voor het onderwerp epigenetica is er inmiddels volop. Het aantal publicaties over dit thema in de vakbladen stijgt exponentieel. Het is ook een gewild thema in de populair wetenschappelijke pers, waarin de bèta- en gammawetenschappen worden verenigd. Talloze ziektebeelden, waaronder niet de minsten zoals Alzheimer, psychiatrische ziektebeelden, kanker en obesitas, zijn in verband gebracht met epigenetische processen.

Er zijn sterke epigenetische dwarsverbanden tussen stressgerelateerde aandoeningen, verslaving en een verhoogd risico op gezondheidsschade. Daar waar de moleculaire biologie vooral pleit voor individuele behandeling van kanker, laat de epigenetica juist zien dat er ook belangrijke overeenkomsten zijn tussen totaal verschillende vormen van kanker. Ook de farmaceutische industrie heeft al enkele jaren veel vertrouwen in het epigenetisch onderzoek, gezien de vele miljarden die geïnvesteerd worden in nieuwe farmaceutische strategieën.

Een voorbeeld van histon-modificatie. Een histonoctameer is een complex van acht eiwitten die samen met DNA een nucleosoom vormen. De eiwitstaart van histon H3 die uit het nucleosoom naar buiten steekt, bevat positief geladen lysines die kunnen worden gemethyleerd. Methylering van de lysineresiduen op posities 4, 38 en 79 leidt tot genexpressie doordat er bepaalde activeringseiwitten aan kunnen binden. Methylering op posities 9 en 27 remt daarentegen de expressie vanwege de binding van repressie-eiwitten. (Naar Kouzarides & Berger, 2007).
Jos van den Broek

Ook tussen etnische populaties is er een verschil op het niveau van het epigenoom. Ons epigenoom is echter flexibeler dan ons genoom, wat mogelijkheden biedt voor de behandeling van diverse aandoeningen. Maar het epigenoom laat toch vooral zien dat preventie loont. En voorkomen is beter dan behandelen.

Dit artikel is een publicatie van Stichting Biowetenschappen en Maatschappij.
© Stichting Biowetenschappen en Maatschappij, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 29 maart 2017

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.