Epigenetik

Epigenetik, biyolojide, DNA dizisindeki değişikliklerden kaynaklanmayan ama aynı zamanda ırsi olan gen ifadesi değişikliklerini inceleyen bilim dalıdır. Diğer bir deyişle, ırsi (kalıtımsal) olup genetik olmayan fenotipik varyasyonları incelemektedir. Bu değişiklikler hücreyi ya da organizmayı doğrudan etkilemektedir ancak, DNA dizisinde hiçbir değişiklik gerçekleşmemektedir.

Eski Yunanca; επί- (epi-) öneki; "üstü(nde)", "üzeri(nde)", "ötesi(nde)", "öncesi(nde)" anlamlarını taşır. Γένεσις (Genesis) ise; "doğuş", "köken", "yaratılış" veya "oluşum" demektir. Aristoteles, epigenesis "oluşum öncesi" sözcüğünü; biyolojide, o zaman en kabul gören teori olan preformasyona "önceden oluşum"a karşıt bir teori olarak kullanmıştır. Aristoteles'in epigenez teorisine göre, canlının şekli ve yapısı döllenme sırasında mevcut değildir. Bu yapı, doğuma kadar, başkalaşımlar yoluyla yavaş yavaş gelişmektedir.

Epigenetik sözcüğü (επιγενετικός - epigenetikόs) işte ilk defa Aristoteles tarafından, epigenez'e (epigenesis'e) ait, ona dair anlamında bir sıfat olarak kullanılmıştır. Hayvanların "epigenetik oluşumlarından" ya da "epigenetik gelişimlerinden" bahsederken, onların - o günkü kanıya ters olarak - rahimde ya da yumurtada yavaş yavaş, aşama aşama gelişimlerini kastetmektedir. Böylelikle epigenetik, ilk anlamıyla, embriyolojik bir süreci anlatan bir sıfat olarak 1940'lara kadar kullanılmıştır.

Epigenetik sözcüğü 1942'de, ilk kez bir bilim dalı anlamıyla, Conrad Waddington tarafından kullanılmıştır. Onu bir isim olarak Epigenetic Genetics (Epigenez Genetiği) sözcüklerinden, "Epigenetics" (Epigenetik) kelimesini türetmiştir. Waddington'a göre epigenetik; gelişim esnasında genotipin fenotipi nasıl oluşturduğunu inceleyen bilim dalıdır.

Waddington'un daha çok, embriyolojik bir anlam ile oluşturduğu "epigenetik" terimi, moleküler tekniklerin gelişmesiyle, daha moleküler seviyeye indirilmiş ve de kalıtımsal anlam eklenmiştir. Bu anlamda, bugün en çok kullanılan ve de kabul gören tanımı şöyledir: Epigenetik; DNA dizisindeki değişikliklerle açıklanamayan, mitoz veya mayoz yoluyla kalıtılan gen ekspresyonu (ifadesi) değişikliklerini inceleyen bilim dalıdır.

Her ne kadar, geçmişten bugüne bu beş anlama sahip olmuş olsa da, son ikisi, çağdaş bilim tarafından kabul edilen ve bundan sonra bu makalede yer verilecek olan anlamlardır.

Çok hücreli bir organizmada; örneğin bir karaciğer hücresi ile bir kas hücresi, tamamen aynı genotipi paylaşırlarken, nasıl olur da, apayrı – yine de stabil – gen ifade profillerine ve de farklı ve bağımsız hücre fonksiyonlarına sahip olabilmektedirler?

Nasıl, bir farklılaşmamış kök hücre, bazen bölündüğünde iki yeni kök hücre verirken, bazen de bir kök hücre ve de bir farklılaşmış hücre verebilmektedir?

Memelilerin, bizim de dahil olduğumuz Placentalia infra sınıfına ait dişi bireylerinin her hücresinde; ayni nükleoplazma içinde bulunan ve de neredeyse özdeş DNA dizinlerine sahip iki X kromozomundan biri inaktive edilmektedir. İki X kromozomundan hangisinin inaktive edileceği nasıl belirlenmektedir ve de inaktivasyon hangi yolla/yollarla gerçekleşmektedir?

Dolaylı yoldan gen ifadesine etkiyen mekanizmalar post-transkripsyonel (transkripsiyon sonrası, yani ana DNA molekülünden RNA molekülü elde edildikten sonra) mekanizmaları özellikle de nonkoding RNA’nın (RNAi vb.) kodlayıcı RNA (mRNA) üzerine etkiyerek protein sentezini engellemesini içerir.

Çok çeşitli ve birbirleriyle alakasız görünen onlarca biyolojik olgu (hadise), aslında epigenetik mekanizmalarca meydana gelmektedir. Epigenetik temelli bu olguları ortaya çıkarmak aslında hiç kolay değildir, çünkü hem birçok biyolojik olgunun moleküler temeli bilinmemektedir, hem de halen keşfedilmemiş muhtelif epigenetik mekanizma mevcuttur.

Hücreye kimliğini kazandıran, yani fenotipini ortaya çıkartan epigenetik mekanizmaların, mitoz sırasında bir sonraki hücre soyuna nasıl aktarıldığı, halen bir merak konusudur. Aynı şekilde, bu bilginin, organizmalarda, sonraki nesillere nasıl aktarıldığı da pek anlaşılamamıştır.

Erişkin sirke sineklerinin (Drosophila melanogaster L.) oluşumundan sorumlu embriyonik hücreler, ortamlarından çıkarıldıklarında, bölünmeye devam ederler. Gelişmekte olan embriyoya geri konduklarında da, bacak veya kanat gibi, ilişkili oldukları yapıyı oluşturmaktadırlar. Hücreler sadece kendi kimliklerini hatırlamakla yetinmemekte, aynı zamanda bu bilgiyi hücre bölünmesinde diğer hücrelere de aktarmaktadırlar.

Geniş çaplı bir araştırma, annenin davranışlarının, bebeğin DNA’sını etkileyebildiğini göstermektedir. Bu etkinin potansiyel mekanizması; anne sütü ile beslenen farelerin, glükokortikoid reseptör kodlayan geninin DNA metilasyonundaki değişimi ile açıklanmaktadır. Embriyonik farelerin, antiandrojenik bir bileşik olan vinklozin’e maruz kalmaları; spermatogenesisin azalmasına neden olmuştur. Ve de, bu fizyolojik etki, sonraki birçok nesilde de gözlenmiştir.

Strese maruz kalan bitkiler, gen ifadelerini değiştirerek, değişen ortama adaptasyon sağlamışlardır. Bunun için gerekirse genomlarını destabilize bile etmişlerdir. Böylelikle yeni bir fenotip ortaya çıkarmışlardır.

Yeni fenotipe sahip bitkiler, stres ortamından uzaklaştırılmalarına rağmen, dört nesil boyunca bu adaptasyonu korumuşlardır. Yani stresten ortaya çıkan adaptif fenotipik değişiklikler 4 sonraki nesile kadar aktarılmıştır.

Döllenmeden hemen sonra, erken embriyonun genomu büyük çapta ve muazzam bir demetilasyon sürecine girer. Bu ‘silinme’den kurtulan spesifik bölgeler dışında, implantasyon öncesi embriyonun genomu tamamen hipometiledir (az metillenmiş). Bu da embriyonun pluripotensisiyle mantıken bağdaşır. İmplantasyon sonrası, DNA yeniden metillenmeye başlar.

Genomun demetilasyona uğramasının ardından, nasıl tekrar aynı bölgelerin metilasyona uğradıkları, yani epigenetik bilginin nasıl korunup aktarıldığını açıklamaya çalışan muhtelif modeller mevcuttur.

Epigenetik bilimi bugün; ontoloji, embriyoloji, sağlık bilimi, metabolizma, kompleks hastalıklar, biyopsikoloji, antropoloji, osteoarkeoloji vb. ile ilgilenen bilim insanları tarafından, bu konularla iç içe çalışılmaktadır.

Löseminin bir türü olarak bilinen ve ölümcül bir ilik kanseri olan MDS (MiyeloDisplastik Sendrom) hastalarıyla 2006 ve 2007’de yapılan deneysel epigenetik tedavi çalışmalarında hastaların %50’si tamamen iyileşmiş, hiçbir yan etki görülmemiştir. 2008 yılının başlarında FDA tarafından kabul edilen desitabin adlı epigenetik etkili kimyasal, Amerika'da ve Avrupa'da "dacogen" ticari ismiyle piyasaya sürülmüştür. Türkiye'de ise halen Sağlık Bakanlığı'nın iznini beklemektedir.