Epigenom

Epigenomet er et dynamisk lag av instruksjoner som ligger oppå genomet, det komplette settet av en organismes DNA. Mens genomet kan sammenlignes med maskinvaren eller livets fullstendige kokebok, fungerer epigenomet som programvaren eller kokkens notater. Det bestemmer hvilke oppskrifter (gener) som leses, når, og i hvilke celler. Disse instruksjonene består av kjemiske modifikasjoner på selve DNA-molekylet eller på histonproteinene som DNA er kveilet rundt. I motsetning til genomet, som stort sett er statisk gjennom et individs levetid, er epigenomet responsivt og kan endres som svar på ulike signaler.

De to best studerte epigenetiske mekanismene er DNA-metylering og histonmodifikasjon. DNA-metylering innebærer at en liten kjemisk merkelapp, en metylgruppe, legges direkte på DNA-sekvensen. Dette virker vanligvis ved å dempe eller slå av et gen. Histonmodifikasjon innebærer å endre proteinene som pakker og ordner DNA i en struktur som kalles kromatin. Ved å legge til eller fjerne kjemiske merkelapper (som acetyl- eller metylgrupper) på halene til histonproteinene kan cellen styre hvor tett DNA-et er kveilet. Løst pakket kromatin gir tilgang til gener slik at de kan uttrykkes ("slås på"), mens tett pakket kromatin gjør dem utilgjengelige og tause ("slås av").

Begrepet epigenom er grunnleggende for å forstå celledifferensiering og utvikling. Nesten hver celle i menneskekroppen inneholder det samme settet med gener, likevel fungerer et nevron helt annerledes enn en levercelle. Denne spesialiseringen oppnås gjennom ulike epigenetiske mønstre. Under utviklingen styrer epigenomet cellene til å innta bestemte identiteter ved å aktivere genene som er nødvendige for deres funksjon, samtidig som andre gener bringes permanent til taushet. Denne cellulære hukommelsen opprettholdes gjennom celledeling og sikrer at for eksempel en hudcelle bare produserer flere hudceller.

Epigenomet gir også en avgjørende kobling mellom et individs genetiske disposisjoner og påvirkning fra miljøet. Det fungerer som en formidler mellom arv (gener) og miljø, og oversetter ytre erfaringer til varige endringer i genaktivitet.

Epigenomet har store konsekvenser for menneskers helse og sykdom. Feil eller dysregulering i epigenetiske merker er nå kjent som et kjennetegn ved mange tilstander, blant annet ulike kreftformer, autoimmune lidelser og nevrologiske sykdommer. Ved kreft kan for eksempel unormale DNA-metyleringsmønstre feilaktig slå av tumorsuppressorgener eller aktivere onkogener, og dermed bidra til ukontrollert cellevekst.

Fordi epigenomet påvirkes av ytre faktorer, bidrar det også til å forklare hvordan livsstilsvalg og miljøeksponering kan påvirke helsen på lang sikt. Faktorer som kosthold, stress, fysisk aktivitet og eksponering for giftstoffer kan sette varige spor i epigenomet, og potensielt endre et individs risiko for sykdom. Denne plastisiteten åpner en lovende vei for terapeutiske tiltak. I motsetning til genetiske mutasjoner er epigenetiske endringer potensielt reversible. En ny klasse legemidler kjent som epigenetiske terapier har som mål å korrigere slike avvikende merker for å behandle sykdommer som kreft.