Epigenetikus kommunikáció és krónikus fájdalom

Az Európai Unió által finanszírozott Blueprint Konzorcium és Nemzetközi Humán Epigenom Konzorcium célja az epigenom feltárása – a kutatók a közelmúltban elkezdték nyilvánosságra hozni az első eredményeiket. A Cell Reports című szaklapban megjelent tanulmány létrehozásában a berlini Max Planck molekulárgenetikai intézet kutatói és a Spanyol Nemzeti Rákkutató Intézet strukturális komputációs biológiai munkacsoportja működtek közre.

Mint a tanulmány – Epigenomic Co-localization and Co-evolution Reveal a Key Role for 5hmC as a Communication Hub in the Chromatin Network of ESCs – utolsó szerzője, Alfonso Valencia elmondja, munkájuk során a hálózatelméletet használták fel ahhoz, hogy létrehozzák és tanulmányozzák az első epigenetikus kommunikációs hálózati térképet.

Az epigenetikai jelek révén dől el, hogy a genom mely része van be-, illetve kikapcsolt állapotban, azaz mely gének láthatók a sejt számára, így pl. az is, hogy az embrionális fejlődés során mely őssejtekből milyen szerv sejtjei (pl. pajzsmirigy- vagy májsejtek) alakulnak ki.

Az epigenetikus kommunikációs hálózat felrajzolásához Alfonso Valencia és munkatársai a citozin-bázisok 3 féle kémiai módosítását, 13 féle hisztonmodifikációt, valamint 61 féle DNS-hez kötődő proteint vizsgáltak (egér embrionális őssejteket használtak), és az irodalomból összegyűjtötték az előfordulásukkal kapcsolatos adatokat. A teljes genomra kiterjedő lokalizációs adatokból, valamint a génregulációs és sejtidentitással kapcsolatos információból az epigenetikus kommunikáció hálózatát olyan matematikai algoritmusok segítségével alkották meg, amik honlapok népszerűségét és hatását mérik (pl. Wikipedia vagy Facebook). A felrajzolt hálózat egy olyan kommunikációs modellen nyugszik, amiben a hiszton- és citozin-modifikációk epigenetikai jelnek minősülnek, a kromatinhoz asszociált proteinek pedig ezen jelek emittereiként/kibocsátóiként vagy vevőiként szerepelnek.

Az eredmények szerint a legbefolyásosabb hálózati csomópont az őssejtek epigenetikus kommunikációjában az 5-hidroximetil-citozin (5hmC), ami a DNS-demetilációt a nukleoszóma-remodeláló komplexekhez és a pluripotenciát biztosító transzkripciós faktorokhoz kapcsolja. Az 5hmC ezeken a kapcsolatokon keresztül szabályozza a kromatin tömörségét, a sejtdifferenciálódást és a sejt metabolizmusát, magyarázza Valencia.

A hálózat fehérjéinek filogenetikai analízise is az 5hmC központi szerepére utal, fejtegeti a genetikus; a következő lépésben pedig azt kell kideríteni, vajon a többi sejttípusban is így van-e.

Az jelenleg is ismert, hogy a neuronokban és egyes tumorsejtekben is sok az 5hmC, és hogy a rákos sejtek rendelkeznek őssejtszerű tulajdonságokkal. Ha bebizonyosodik, hogy a tumorsejtek epigenetikus kommunikációs hálózata is az őssejtekéhez hasonlóan működik, akkor szabályozásukkal kapcsolatban is hasznosítható modellhez jutunk. A klinikai transzláció is lehetséges: az onkológiai gyógyszerfejlesztés jelentős ága törekszik a tumorok epigenetikus módosítására.

A krónikus fájdalom epigenetikája

Mások a krónikus fájdalom és az epigenetikai módosulások kapcsolatát vizsgálják. Jelenleg a 6 hónapnál tovább tartó fájdalom kezelésére alig rendelkezünk eszközökkel, ezért is lehet fontos az egyesült államokbeli McGill Orvosegyetem kutatóinak eredménye, miszerint a krónikus fájdalom több ezer gén működését megváltoztatva újraprogramozza nemcsak a neuronok, de az immunsejtek működését is (Overlapping signatures of chronic pain in the DNA methylation landscape of prefrontal cortex and peripheral T cells; Scientific Reports). Mint Moshe Szyf utolsó szerző elmondja, további epigenetikai elemzések azt is kideríthetik, hogy olyan más szervrendszerek is érintettek lehetnek krónikus fájdalom során, amiket normál esetben nem kötünk össze a fájdalommal. A kutatók reményei szerint a krónikus fájdalom által kiváltott epigenetikai módosulások egy része gyógyszercélponttá is válhat.