1. oldal

Két héttel ezelőtt az amerikai Idegtudományi Társaság San Diegói konferenciáján rendkívül érdekes, és meglepő eredményekről számolt be Brian Dias, az Emory Egyetem kutatója. A szakértő állítása szerint az egerek képesek átörökíteni bizonyos emlékeiket utódaikra. A kísérletek során konkrétan szagok emlékéről volt szó: a következő generáció tagjai még úgy is emlékezni véltek az apáik által megismert, és elkerülendőnek ítélt szagokra, hogy korábban sem szüleikkel, sem a szaggal nem találkoztak. Ami még meglepőbb, a tudás az ő utódaikban, tehát a harmadik generáció tagjaiban is megőrződött.

A beszámoló igen nagy visszhangot váltott ki genetikus körökben, Diast az elmúlt napokban egyaránt titulálták „őrült lamarckistának” és az öröklődéselméletek forradalmasítójának. December legelején aztán végre megjelent az előadás alapjául szolgáló tanulmány is, így pontosabb képet kaphatunk arról, mit is derített ki a szakértő, és mindez mit jelent a továbbiakra nézve.

Jelenleg úgy tűnik, hogy az emlékek átörökítésének epigenetikai magyarázata lehet. Ez a viszonylag újnak számító tudományág azzal foglalkozik, hogyan változik egyes gének kifejeződése az élőlény környezetének hatására, vagyis hogy konkrétan mi valósul meg a genetikai kódból. Rengeteg a megválaszolatlan kérdés a területtel kapcsolatban, ugyanakkor az eddigi eredmények alapján egyre inkább úgy tűnik, hogy az epigenetika örökre véget vethet az öröklés kontra nevelés/környezet (nature vs. nurture) ősi vitájának. Egyre valószínűbb ugyanis, hogy ezen két, lényünket befolyásolni képes tényezőegyüttes között nincs is olyan éles határvonal, mint ahogy azt eleink gondolták, hanem az öröklés és a környezet egyaránt lényeges, és ezek kölcsönösen is befolyásolják egymást.

Az epigenetika egyik kulcskérdése napjainkban, hogy hogyan öröklődnek, ha öröklődnek, generációról generációra azon génexpressziós utasítások, amelyek egy új, specifikus környezethez való alkalmazkodás során jöttek létre a szülők nemzedékében. Ahogy az epigenom mibenlétével kapcsolatos, júniusban megjelent cikkünkben is olvasható, az epigenetikai adatok többsége nem kerül át az ivarsejtek DNS-ébe, a szabályozó csoportokat ugyanis néhány enzim lenyirbálja, mielőtt a molekula másolása megkezdődne. Az ivarsejtek tehát legjobb tudomásunk szerint kizárólag a saját működésükhöz szükséges epigenetikai információkat hordozzák, és a megtermékenyítés során ezek is törlődnek. A jelek azonban arra utalnak, hogy a szülők epigenetikai profilja valamilyen módon mégis továbbadódik az utódnak, azt azonban senki sem tudja, hogy hol, hogyan és mikor történik ez.

Dias és Kerry Ressler pontosan erre voltak kíváncsiak. A környezeti befolyást és annak hatásait azonban a legtöbb esetben meglehetősen nehéz számszerűsíteni, így a kutatók úgy döntöttek, hogy maguk kreálnak egy ilyen faktort, mégpedig azon belül is egy olyan hatást, amely az alaposan tanulmányozott és kiválóan feltérképezett szaglórendszerben fejti ki hatását. Azt remélték, hogy ebben az „ismerős környezetben” talán lesz esélyük nyakon csípni azokat a molekuláris változásokat, amelyek révén az epigenetikai öröklődés megvalósul.

Az első lépésként a szakértők „kiképezték” a leendő szülők generációját: az egereket enyhe áramütésekkel megtanították egy alapvetően nagyon kellemes, természetes illóolajokban gyakran felbukkanó anyag, az acetofenon elkerülésére. Az egerek ezt követően látványos ijedtséggel reagáltak a szag jelenlétére, más illatok azonban nem váltottak ki hasonló hatást belőlük. Ami a sejtek szintjét illeti, a félelemérzet elsajátításával párhuzamosan változások jelentkeztek az orr érző idegsejtjeinek rendszerében: az acetofenont érzékelő szenzorsejtek több idegi összeköttetésre tettek szert, így a szaglórendszer jóval érzékenyebbé vált az adott illat jelenlétére.

2. oldal

Tíz nappal a „félelemtréning” után aztán megkezdődött a kísérlet második fázisa: az egereket párosodásra bírták. És itt kezdődnek az igazi érdekességek: az utódok (nevezzük őket F1 generációnak) szintén megriadtak az acetofenon illatától, holott korábban sosem találkoztak vele, és alapvetően nem volt okuk félni ettől, hiszen ők maguk nem tanulták meg, hogy ez elkerülendő. Reakciójuk ráadásul specifikusan erre az illatra irányult, más, szintén erős aromájú anyagok nem váltottak ki hasonló hatást. A meglepetések sora aztán tovább folytatódott, amikor az ő utódaik (F2 generáció) is hasonlóan reagáltak a sosem érzett szag jelenlétére.

A két utódgeneráció szaglórendszerének vizsgálata során kiderült, hogy orrukban több olyan receptor (M71) található, amely alkalmas az acetofenon érzékelésére, mint az első (F0) generáció tagjainak szaglószervében. A nagyobb számú M71 neuronhoz ráadásul egy nagyobb agyi terület is járult, a szaglógumó gömb alakú, egy-egy szaglóreceptor-típus jeleit összegyűjtő glomerulusaiban is változások jelentkeztek: az M71 glomerulusok mérete nagyobbnak bizonyult az utódgenerációkban.

„Amikor Brian megmutatta az első eredményeket, nem hittünk a szemünknek” – mondja Ressler. „Biztosak voltunk benne, hogy valamiféle véletlenről vagy hibáról lehet szó, így tovább próbálkoztunk. Rengeteg viselkedéstani kísérletet végeztünk már karrierünk során, mégis döbbenetesen nagy élményt jelentett ténylegesen látni, hogy milyen konkrét strukturális változások állnak egy viselkedés hátterében.”

A kísérletek első köre azonban nem zárta ki annak lehetőségét, hogy valamiféle szociális átadásról, nem pedig biológiai örökítésről van szó. Elképzelhetőnek tűnt, hogy az illattól való félelemre idomított apák némileg másképp nevelték porontyaikat, vagy az anyák megérezték párjuk megváltozott viselkedését, és ők kezelték eltérően az utódokat.

Az egér szaglórendszere

A kérdések tisztázása érdekében a szakértők a következő fázisban tökéletesen elszeparálták egymástól a generációkat: a félelemtérningen átesett hímektől tíz nap elteltével spermiumokat gyűjtöttek be, majd a hímivarsejtekkel a kampusz másik felén található labor nőstény egereit termékenyítették meg. Az utódok szaglórendszere ebben az esetben is hordozta a korábbi kísérlet során megfigyelt változásokat.

Ennek alapján pedig már nagy biztonsággal állítható, hogy valóban biológiai öröklődésről van szó. A kutatócsoport tagjain túl ezzel más szakértők is egyetértenek. Marcus Pembrey, a Univerity College London gyermekekre szakosodott genetikusa szerint a legfőbb ideje, hogy az egészségügy szakemberei elfogadják: az epigenetikai öröklődés valóban létezik. „Úgy vélem, hogy sosem fogjuk megérteni mi áll a pszichiátriai kórképek, az elhízás, a cukorbetegség vagy az egyéb metabolikus zavarok elmúlt évtizedekben való elharapózása mögött, ha nem vesszük számításba ezt a fajta öröklődést” – véli a kutató.

Számos kérdés merül fel ugyanakkor a konkrét kísérlettel kapcsolatban is. Mivel a szakértők olyan vizsgálatot nem végeztek, amelynek során csak az illatnak tették ki az F0 generációt az áramütések nélkül, nem egészen világos, hogy pontosan mi öröklődik: a félelem vagy az acetofenonnal szembeni érzékenység. Ez pedig igen fontos információ lenne, mivel félelemérzet a szaglórendszeren kívüli agyi régiókban kódolódik, így ennek öröklődése esetén egy jóval komplexebb agyi mintázat adódna át az utódoknak, mint ha pusztán érzékenyebbé válnának az illatra. Ezzel egyébként Ressler és Dias is maximálisan egyetért. „Nem tudjuk, hogy egy emlék adódik-e át. Egyelőre nevezzük egyszerűen érzékenységnek” – mondja Dias.

További érdekes kérdés, hogy ez az érzékenység hogyan adódik át, és bár a probléma korántsem megoldott, egyes jelek arra utalnak, hogy epigenetikai megoldások állhatnak a háttérben. Az epigenetikai módosításoknak számos formája ismeretes. A legjobban értett verzió a DNS metilációja. Az egér (és az ember) genomja több millió olyan pontot tartalmaz, amelyekhez metilcsoportok tudnak kapcsolódni, megváltoztatva a környező gének kifejeződését. Az úgynevezett CpG helyek metilációja a legtöbb esetben csökkenti a gének aktivitását.

3. oldal

Dias és Ressler a félelemtréningen átesett egerek hímivarsejtjeit egy magáncég, az Active Motif laborjába küldték, ahol a kutatók elemezték a minták metiláltságát. A minták érdekessége az volt, hogy kétfajta egércsoporttól származtak: az egyik csoport tagjait az acetofenonnal szemben tették félénkké, a másik csoportot pedig a propanol szagával szemben. Az elemzést végző kutatók nem kaptak információt arról, hogy melyik minta melyik csoportba tartozik. A szakértők két szaglással kapcsolatos gén metilációjának mértékét vizsgálták: az Olfr151-ét, amely az acetofenonra érzékeny M71 receptorokat kódolja, illetve az Olfr6-ot, amely egy szintén szagreceptort kódol, ez viszont nem érzékeny sem az acetofenonra, sem a propanolra.

Kiderült, hogy az Olfr151 génje jelentősen kevésbé metilált az acetofenon elkerülésére kondicionált egerek spermiumaiban, mint azokban az egyedekben, amelyek a propanoltól féltek. (Az Olfr6 metiláltsága ugyanakkor ugyanolyan volt mindkét csoport tagjaiban.) Mivel a kevesebb metilcsoport jelenléte általában a gének kifejeződésének fokozódását jelenti, ez megmagyarázhatja, miért rendelkeztek elődeiknél több M71 receptorral az F1 generáció tagjai. Az Olfr151 alulmetiláltsága aztán ezen generáció hímivarsejtjeiben is megfigyelhető volt, ami magyarázat az unokák fokozott acetofenon-érzékenységére.

Bár Ressler elmondása szerint következtetéseiket nagyon meggyőző adatokra alapozták, más szakértők úgy vélik, hogy a kutatás ezen része, és az epigenetikai magyarázat némiképp sántít. Timothy Bestor, a Columbia genetikusa például felhívja a figyelmet arra, hogy a CpG helyek metilációja legjobb tudásunk szerint csak akkor hat egy adott gén kifejeződésére, ha ezek a gén promóter régiójában helyezkednek el. Az Olfr151 gén promóterében ugyanakkor nincsenek ilyen helyek. Ez viszont azt jelenti, hogy a tanulmányban leírt metilcsoportokat, illetve ezek hiányát a génen belül figyelték meg, az ilyesfajta metiláció viszont minden génre jellemző, függetlenül attól, hogy az kifejeződik-e vagy sem. Nem igazán világos tehát, hogy ezek a hiányzó metilcsoportok pontosan hogyan is befolyásolják az adott gén működését. A kutatók által kimutatott metilációs különbségek ráadásul igen aprók, így nem feltétlenül van tényleges jelentőségük.

Szintén problémát jelent az acetofenonnal szembeni érzékenység örökölhetőségével kapcsolatban, hogy nem igazán világos, hogyan jut el ennek „üzenete” az ivarsejtekbe. Ezek ugyanis a herelebenykékben fejlődnek, amelyeknek nincsen idegi összeköttetésük, így rejtély, hogy a központi idegrendszer hogyan fejtené ki hatását ezek epigenomjának formálódására. (Arról nem is beszélve, amit a metiláció örökíthetőségének problémáival kapcsolatban az első bekezdésekben már említettünk.) Bestor összességében tehát úgy véli, hogy bár az epigenom kétségkívül örökíthető valamilyen módon, a változások korántsem olyan dinamikusak, mint ahogy a kísérlet mutatja.

A következő lépés tehát ezen mechanikai problémák tisztázása lenne. Ki lehetne deríteni például, hogy az acetofenon molekulái bejutnak-e az egerek véráramába, és eljutnak-e a herékbe. Dias és Ressler azonban először egy másik viselkedéstani kísérletsorozatot szeretne lefolytatni: arra kíváncsiak, hogy az F0 generáció tagjai vajon leszoktathatók-e az acetofenonnal szembeni félelemről. És amennyiben igen, vajon mit jelent ez a következő generációk szempontjából.

Ressler, aki gyakorló pszichiáter, azért tartja nagyon fontosnak ennek kiderítését, mert amennyiben valóban megakadályozható az efféle hatások átörökítése a probléma kezelése által, annak jelentős kihatása lehet például a poszttraumatikus stressz szindróma felnőttkori kezelésére, hiszen a sikeres terápia révén a következő generációk is egészségesebbek lesznek.

A kísérlet kapcsán tehát rengeteg a megválaszolatlan kérdés, néhány dolog azonban egyre világosabb, ahogy az epigenetika területe fejlődik. Testünk folyamatosan alkalmazkodik a körülöttünk lévő világ változásaihoz, ugyanakkor számtalan módon igyekszünk biztosítani gyermekeink számára, hogy ez a megjósolhatatlanul fejlődő világ egy kicsit könnyebben követhetővé váljon. Ezen módszerek némelyike pedig valamilyen módon genomunkban és epigenomunkban van elrejtve.