Epigenetics and the Modifiable Genome

จีโนมของมนุษย์เข้ารหัสยีนที่สร้างโปรตีนประมาณสองหมื่นยีน แต่การแสดงออกของยีนเหล่านั้นแตกต่างกันอย่างมากในเซลล์ประเภทต่าง ๆ ระยะพัฒนาการ และการตอบสนองต่อปัจจัยแวดล้อม

อีพีเจเนติกส์ (epigenetics) อธิบายการเปลี่ยนแปลงในการแสดงออกของยีนที่ถ่ายทอดได้ ซึ่งเกิดจากการดัดแปลงทางเคมีต่อ DNA และโปรตีนฮิสโตน (histone) ที่เกี่ยวข้อง ไม่ใช่จากการเปลี่ยนแปลงลำดับนิวคลีโอไทด์

การเมทิลเลชันของ DNA (DNA methylation) มักเกิดขึ้นที่ไซโทซีนที่อยู่ติดกับกัวนีนในบริเวณที่เรียกว่า CpG sites; การเมทิลเลชันของบริเวณโปรโมเตอร์จะทำให้ยีนด้านล่างถูกปิดใช้งาน ในขณะที่การดีเมทิลเลชันอนุญาตให้เกิดการถอดรหัส

การดัดแปลงฮิสโตน (histone modifications) รวมถึงการอะเซทิลเลชัน (acetylation) และเมทิลเลชันของสารตกค้างไลซีน (lysine) บนหางฮิสโตน ควบคุมการอัดแน่นของโครมาติน (chromatin compaction) และด้วยเหตุนี้จึงควบคุมการเข้าถึงยีนของเครื่องจักรการถอดรหัส

ปัจจัยพฤติกรรมและสิ่งแวดล้อมที่มีหลักฐานผลทางอีพีเจเนติกส์ ได้แก่ การจำกัดแคลอรี การออกกำลังกายแบบแอโรบิก ความเครียดทางจิตใจเรื้อรัง และการสัมผัสสารพิษจากสิ่งแวดล้อม

น่าสังเกตว่าการฝึกความทนทาน (endurance training) อย่างสม่ำเสมอทำให้เกิดดีเมทิลเลชันของบริเวณโปรโมเตอร์ที่ควบคุมยีนการสร้างไมโตคอนเดรียในกล้ามเนื้อโครงร่าง ซึ่งอธิบายส่วนหนึ่งของการปรับตัวทางเมแทบอลิกระยะยาวจากการออกกำลังกาย

สิ่งที่มีความเกี่ยวข้องทางคลินิกเป็นพิเศษคือปรากฏการณ์การถ่ายทอดทางอีพีเจเนติกส์ข้ามรุ่น (transgenerational epigenetic inheritance) ที่เครื่องหมายอีพีเจเนติกส์บางอย่างดูเหมือนจะส่งผ่านไปยังลูกหลาน

ข้อมูลทางระบาดวิทยาจากกลุ่มประชากรที่สัมผัสกับความอดอยากหรือปัจจัยกดดันทางสิ่งแวดล้อมในช่วงเวลาพัฒนาการวิกฤต แสดงให้เห็นความเสี่ยงโรคที่สูงขึ้นในรุ่นต่อ ๆ มา แม้ว่ากลไกการถ่ายทอดที่แน่ชัดในมนุษย์ยังอยู่ระหว่างการศึกษาอย่างต่อเนื่อง

ความสามารถในการย้อนกลับของเครื่องหมายอีพีเจเนติกส์หลายอย่างเป็นโอกาสทางการรักษาที่แท้จริง: การปรับวิถีชีวิตที่เริ่มต้นในวัยใดก็ตามมีผลที่วัดได้ต่ออีพีเจโนม (epigenome) ซึ่งเน้นย้ำว่าความโน้มเอียงทางพันธุกรรมไม่ใช่โชคชะตา