Den mest spännande senaste utvecklingen inom human genetisk forskning har varit förmågan att genomföra omfattande systematiska studier av genetisk variation hos tusentals människor. Dessa genomförbundna associeringsstudier (GWAS) har revolutionerat vår förståelse för många olika komplexa sjukdomar.

Men trots dessa framsteg kan vi fortfarande bara förklara en liten del av ärftligheten hos många hälsoförhållanden. I en studie som mitt lab har bara publicerad i Science, visar vi att en persons attribut kan starkt påverkas av genetisk variation i en oväntad del av genomet som har förbisetts i tidigare studier.

De miljöfaktorer som spelar en roll tillsammans med genetiken för att bestämma en persons attribut är också närvarande i livmodern. När avkommor är i livmodern, kan deras mödrar uppleva miljö (inklusive kost, stress, rökning) potentialen att påverka en avkommans egenskaper när de blir vuxna. Denna "utvecklingsprogrammering" anses vara en stor bidragsyter till fetmaepidemin som ses idag.

En nyckelaktör i denna process är epigenetik. Epigenetik är modifikationer som sitter utanför genomet och bestämmer vilka bitar av DNA som ska bli mer aktiva eller inaktiva. En sådan modifiering innefattar märkning av DNA med föreningar som kallas metylgrupper. Metylgrupper bestämmer om gener uttrycks (slås på) eller ej. Leverceller och njurceller är genetiskt identiska bortsett från deras epigenetiska märken. Det har föreslagits att en avkommans epigenetiska profil kommer att förändras som svar på en dålig miljö i livmodern.

I vår studie jämförde vi avkom från gravida möss när de fick en lågprotein diet (8% protein) och en normal diet (20% protein). Efter att de avgick, fick alla avkommor en vanlig diet. Sedan tittade vi på skillnaden i avkommans DNA-metylering och jämförde de möss vars mammor hade en lågprotein diet till de vars mammor hade en vanlig diet.

Ser på fel plats

Ursprungligen fann vi ingenting, så det var en stor överraskning, men vi tittade på data från ribosomal DNA (rDNA) och fann stora epigenetiska skillnader. Ribosomalt DNA är det genetiska materialet som bildar ribosomer - proteinbyggnadsmaskinerna i cellen.

När cellerna stressas - till exempel när näringsämnena är låga - förändrar de proteinproduktionen som överlevnadsstrategi. I mössen, vars mammor matades med en lågprotein diet, fann vi att de hade metylerad rDNA. Detta dämpade uttrycket för deras rDNA och resulterade i mindre avkommor - lika mycket som 25% lättare.

Dessa epigenetiska effekter uppträder i ett kritiskt utvecklingsfönster medan avkomman är i livmodern men är en permanent effekt som förblir i vuxen ålder. Så en mammas lågprotein diet under graviditeten kommer sannolikt att få en mer allvarlig konsekvens på avkommans epigenetiska tillstånd och vikt än en avkommans egen diet efter det att den har avvenats.

Ser vi bortom epigenetiska markörer, när vi tittade på den grundläggande genetiska sekvensen av rDNA, fann vi en ännu större överraskning. Trots att alla möss i studien föddes för att vara genetiskt identiska, fann vi att rDNA mellan de enskilda mössen inte var genetiskt identiskt - och att även i en enskild mus var olika kopior av rDNA genetiskt distinkta. Så det finns stor variation i rDNA som också spelar en stor roll för att bestämma avkommans egenskaper.

I vilket givet genom som det finns många kopior av rDNA, och vi fann att inte alla kopior av rDNA svarade på samma sätt epigenetiskt. Endast en typ av rDNA - "A-varianten" - verkade genomgå metylering och påverka vikt. Detta innebär att den epigenetiska responsen hos en given mus bestäms av den genetiska variationen av deras rDNA - de som har mer A-variant rDNA hamnar än mindre.

Heritabilitet (hur mycket risken för en sjukdom förklaras av genetiska faktorer) av typ 2-diabetes har uppskattats vara mellan 25% och 80% i olika studier. Men bara om 20% av ärftligheten av typ 2-diabetes har förklarats genom genomstudier av personer med sjukdomen.

Det faktum att genetisk variation av ribosomalt DNA verkar ha ett så starkt inflytande tyder på att GWAS hos människor kan sakna en viktig del av pusslet, som hittills har de bara tittat på den enskilda kopia av folks genomer. Genetisk och epigenetisk analys av rDNA hos människor kan ge mycket viktiga insikter i en mängd olika mänskliga sjukdomar.

Om författaren

Vardhman Rakyan, Professor i epigenetik, Queen Mary University of London

Den här artikeln publicerades ursprungligen den Avlyssningen. Läs ursprungliga artikeln.

relaterade böcker

at InnerSelf Market och Amazon