Wat is het epigenoom?

Afgeleid van het Griekse “epi” dat “boven” betekent, beschrijft het epigenoom modificaties van het genoom die geen invloed hebben op de DNA-sequentie, maar die bepalen of genen worden in- of uitgeschakeld waar en wanneer zij nodig zijn.

Als het genoom analoog is aan het script van een toneelstuk, dan is het epigenoom de interpretatie van het toneelstuk door de regisseur en de acteurs.

Twee componenten van het epigenoom zijn DNA-modificatie en chromatine-remodellering.

DNA-modificatie beschrijft de toevoeging van chemische verbindingen aan de DNA-basen. Methylering van DNA is de meest voorkomende modificatie.

Methylering aan het begin van een gen schakelt het gen meestal uit. Chromatine-remodellering beschrijft hoe veranderingen in de structuur van DNA de genexpressie kunnen beïnvloeden.

Zoals u zich uit vorige stappen zult herinneren, wordt het DNA rond histonen gewikkeld zodat het efficiënt in de kern kan worden verpakt als chromosomen. De expressie van genen kan afhangen van de mate waarin het DNA aan de histonen is gebonden: als het DNA losjes is gebonden, zijn genen toegankelijk voor transcriptiefactoren en kunnen ze tot expressie komen, maar als het DNA strak is gebonden, kan er geen transcriptie plaatsvinden.

De strakheid van de histon/DNA-binding wordt bepaald door chemische modificaties (onder meer methylering) die plaatsvinden aan “staarten” die uit het histonmolecuul steken.

Chromatine remodeling Click to expand
© St George’s, University of London

Het epigenoom is dynamisch en reageert op externe stimuli. Aangenomen wordt dat bepaalde externe stimuli abnormale DNA-modificaties kunnen veroorzaken die op hun beurt de normale genexpressie verstoren.

Zo weten we nu bijvoorbeeld dat een defect epigenoom, samen met genomische mutaties, kan bijdragen aan de ontwikkeling van kanker.

Een andere groep aandoeningen die het gevolg zijn van afwijkingen in het epigenoom zijn de inprentingsstoornissen. Inprenting is een epigenoomfenomeen waarbij bepaalde genen tot expressie komen afhankelijk van hun ouder van oorsprong, d.w.z. of een gen “aan” of “uit” wordt gezet, hangt af van de vraag of het van je moeder of je vader is geërfd.

In bepaalde regio’s van het genoom is er een clustering van ingeprente genen die worden gereguleerd door controlecentra voor inprenting.

Aangeboren inprentingspatronen zijn verantwoordelijk voor enkele zeldzame aandoeningen, waaronder het Beckwith Wiedemann-syndroom (grotere tongomvang, buikwandafwijkingen, oorlelplooien/-putjes en een verhoogde aanleg voor het ontwikkelen van bepaalde kindertumoren); het Prader Willi-syndroom (verstandelijke handicap, zwaarlijvigheid en hyperfagie) en het Angelman-syndroom (verstandelijke handicap, epileptische aanvallen en karakteristiek gezichtsuitzicht).

Epigenomica is een groeiend gebied waarover we nog relatief weinig weten.

Het onderzoek naar het epigenoom is echter een snel groeiend gebied en, net als onze ontluikende kennis van het genoom, zal ons toenemende vermogen om het epigenoom te interpreteren waarschijnlijk ons vermogen veranderen om zowel zeldzame als veel voorkomende ziekten te diagnosticeren en te behandelen.

Talking point

Een studie bij muizen suggereerde dat een angstreactie van ouder op kind kan worden doorgegeven via erfelijke epigenetische veranderingen. Dit staat bekend als “overerving van ouderlijke traumatische blootstelling” (Dias, B. G. & Ressler, K. J. Nature Neurosci (2013)).

Wat zijn uw gedachten over wat het evolutionaire voordeel zou kunnen zijn van het doorgeven van gedragskenmerken veroorzaakt door omgevingsstimuli door de generaties heen? Wat zouden de nadelen hiervan kunnen zijn?