Fremtidens medisin bygger på epigenetikk

Da forskerne kartla menneskets genom for ti år siden, trodde mange at DNA-forskningen hadde kommet til veis ende. Men det var først da det begynte.

Selv om alle cellene i kroppen har nøyaktig de samme DNA-trådene, oppfører de ulike cellene våre, slik som nerveceller og leverceller, seg forskjellig. Og hvis DNA-et skulle bety alt, hadde eneggete tvillinger vært identiske, med eksakt de samme sykdommene. Slik er ikke virkeligheten.

Ikke alle gener er aktive. Stress, sult og miljøendringer kan føre til at gener blir skrudd av og på. Endringene kan bli varige og faktisk overføres til neste generasjon.

Den nye vitenskapen

Forskningen på disse av- og på-knappene er en svært moderne vitenskap som kalles for epigenetikk.

– Mange sykdommer som kreft og diabetes skyldes blant annet epigenetiske mekanismer. Når man har fått den epigenetiske forklaringen på en sykdom, kan man i fremtiden få en spesiell medisin som slår av eller på visse gener. Allerede i dag fins det noen epigenetiske medisiner under klinisk utprøving mot noen krefttyper. Jeg tror også vi får kosttilskudd, i stedet for vitaminpiller, som gjør noe med epigenetikken vår. Med kunnskap om epigenetikk kan vi holde oss friskere, leve lenger og forstå mer om hvordan sykdommer oppstår. Da vil det være mulig å unngå sykdommer både for oss selv og neste generasjon, påpeker postdoktor Ragnhild Eskeland på Institutt for molekylær biovitenskap ved Universitetet i Oslo.

Hun jobber nå med å finne den epigenetiske forklaringen på hvorfor stamceller utvikler seg til spesifikke celler, som blodceller og nerveceller, tidlig i fosterstadiet. Dette er viktig for å forstå fremtidens stamcelleterapi. Hun har også, i samarbeid med forskere fra MRC Cambridge, jobbet for å finne den epigenetiske forklaringen på spiserørskreft. Eskeland har oppdaget at spesifikke gener i kreftceller fra pasienter med spiserørskreft, er pakket inn på en annen måte enn i friske celler.

Nå vil hun gjerne bruke denne teknikken til å finne epigenetiske angrepsvinkler mot to av de vanligste kreftformene, brystkreft og prostatakreft.

Pakket inn i trådsneller

Arvematerialet vårt, DNA-tråden, er fullt utbrettet to meter lang og inneholder over 20 000 gener. For at hele DNAtråden skal få plass i en cellekjerne, må den pakkes sammen og tvinnes rundt en rekke små trådsneller, kalt nukleosomer.

– Vi ønsker å forstå sammenhengen mellom trådsnellene, innpakkingen og genfunksjonen, og om det er flere årsaker som til sammen styrer om et gen er på eller av. Når et gen er pakket sammen, betyr det som oftest at genet er slått av, men ikke alltid. Det kan også tenkes at pakkingen bare justerer styrken til genet. Det er det jeg forsker på nå, forteller Ragnhild Eskeland.

Tre gengrep

Måten gener kan slås av og på, kan grovt sett deles inn i tre grupper.

Den ene muligheten er direkte, kjemisk modifikasjon av en av grunnsteinene i DNA-strengen, A (Adenin), T (Tymin), G (Guanin) og C (Cytosin). Dette skjer ved at visse enzymer gjør noen små endringer i et Cytosin.

Den andre muligheten er en kjemisk modifikasjon av proteinene i trådsnellen som DNA-tråden tvinnes rundt. Det betyr at proteinene inne i selve trådsnellene kan brukes til å styre om et gen skal være av eller på.

Den tredje muligheten er enda mer sofistikert. Proteiner og enzymer utenfor trådsnellene kan bytte ut eller modifisere histonene inne i trådsnellene, flytte trådsnellene fra hverandre eller pakke dem tettere sammen for å styre om et gen skal være av eller på.

Proteinene inne i trådsnellene kalles for histoner. Det finnes fem forskjellige typer histoner. Fire av dem fins i trådsnellene. Hver trådsnelle består av åtte stykk histoner. Fire innerst og fire ytterst. De innerste histonene er nesten like i hele dyreriket, hos alt fra bananfluer til mennesker.

Trådsnellene kan reguleres ved at de ytterste histonene byttes ut med andre histonvarianter.

Forstår trådsnellene

Forskerne kan i dag se på sammenhengen mellom histonene og hva den aktuelle biten av DNA-strengen representerer.

– Vi vet nå at ikke alle trådsnellene i DNAstrengen er like og begynner å forstå hvordan trådsnellene virker.

Ragnhild Eskeland mikser sammen gener, histoner og andre proteiner på laboratoriet, for å finne ut av hva som skal til for å pakke sammen arvematerialet vårt.

– Vi ønsker altså å vite hvilke proteiner som gjør jobben og hvordan det gjøres.

For å se om et gen er aktivt, kan hun se på RNA. RNA er en DNA-kopi av genet som lager proteiner. Hvis RNA er til stede i en celle, vet forskerne at genet er på.

For å se om et gen er pakket sammen eller åpent, bruker hun mikroskop. Hemmeligheten er fluorescerende prober. Prober er små DNA-biter som fester seg til bestemte deler i genomet.

– Når man skrur på genet, vil probene stå lenger fra hverandre. Det betyr at genet er blitt aktivert. Når probene står nær hverandre, er genet pakket tett sammen. Da er genet skrudd av.

Puslespill

Epigenetisk forskning er meget møysommelig. Eskeland har nå funnet et sett av proteiner som er ansvarlig for genpakkingen.

– Oppdagelsen min blir bare en liten brikke i det store puslespillet. Det er enorme muligheter i epigenetikk. Vi er bare i begynnelsen, poengterer Ragnhild Eskeland, som skal lede en internasjonal konferanse om epigenetikk i Oslo i november.