Neden birbirimizden farklıyız?

Bazı değişiklikler çevreye bağlıdır, ancak diğer tüm değişiklikler epigenetik denilen bir mekanizmaya bağlı. Peki neden birbirimizden farklıyız? Harry Potter film uyarlamalarındaki Weasley ikizleri, bir çift özdeş ikiz olan James ve Oliver Phelps tarafından oynanır. Bu iki kardeş neredeyse aynı görünüyor, ancak gözlerinin şekli, üst dudaklarının çizgisi gibi birkaç küçük farklılığa sahipler ve ikizlerden biri diğerinden biraz daha uzun.

Hemen hemen tüm özdeş ikiz kardeşlerde olduğu gibi, birbirlerinden bağımsız olarak biriktirdikleri epigenetik değişiklikler nedeniyle çok az farkları var. Bu değişiklikler genomlarını farklı şekillerde değiştirdi ve bu küçük farklılıklara yol açtı.

Epigenetik Nedir?

Birçoğumuz, bir dizi talimat içeren bir genomun bizi oluşturduğunu biliyoruz. Bu genom saçımız, derimiz ve vücudumuzdaki hücrelerin çeşitli kısımları gibi şeyleri oluşturmak için kullanılan proteinleri yapmak için çevrilebilecek bir kod olan DNA’yı içerir.

Genom, baz denilen bir dizi yapı taşından oluşur. Adenin (A), Timin (T), Sitozin (C) ve Guanin (G) olarak adlandırılan dört farklı baz tipi vardır. Bu bazlar birbirlerine bağlanırlar ve hepimizin tanıdığı çift sarmal zincir şeklini oluştururlar.

Bu talimat dizisi vücudumuzu bir yemek kitabı kullanıyormuş gibi kullanıyor. Bir kek pişiriyorsanız, genellikle tarif kitabının kenarlarına kekinizin nasıl görünmesini veya tadının olmasını istediğiniz gibi değiştirmek için malzemeleri veya bölümleri çizer ve işaretlersiniz. Ancak, bu işaretlemeleri yapmaz ve sayfadaki orijinal tarifi kullanırsanız o kekin tadı ve görüntüsü aynı kalır. Bu küçük değişiklikler, genomdaki epigenetik değişiklikler dediğimiz şeye benzer. Bunlar gerçek genetik ATGC kodunu değiştirmeyen genetik değişikliklerimizdir.

Epigenetik Nasıl Çalışır?

Bu epigenetik değişikliklerinmeydana gelebileceği çeşitli karmaşık moleküler mekanizmalar vardır. Bazıları genomumuzun kendimizi hücrelerimize uyacak şekilde katlaması ile ilgili, bazıları ise Lego parçaları gibi genetik diziye kimyasal gruplar eklemeyi veya çıkarmayı gerektirir.

Bir sitozin halkasının beşinci karbon atomuna, DNA iplikçiğine bir metil (CH3) grubunun eklenmesine DNA metilasyonu denir.anlamına gelir. Sitozin bazlarının 5-metilsitozin’e dönüşümü, DNA metiltransferazlar (DNMT’ler) ile katalizlenir. Bu değiştirilmiş sitozin kalıntıları genellikle bir guanin bazının (CpG metilasyonu) yanında bulunur ve sonuç, DNA’nın karşıt iplikçikleri üzerinde birbirine çapraz olarak yerleştirilmiş iki metillenmiş sitozintir. Normal DNA şekline bu ilave, DNA’nın proteine çevrilmesini önler, böylece artık çalışmaması için geni etkin bir şekilde kapatır. Bu küçük değişimin büyük bir etkisi olabilir, peki pratikte nerede görüyoruz?

Kraliçe arı

Epigenetik, yalnızca bir insana özgü olan bir şey değildir. Bitki ve hayvan krallıklarında da epigenetik etki örnekleri vardır. Bu örneklerin favorilerimden biri, uluslararası topluluktan oluşan bir ekip, bal arısı genomunu sıraladığında ortaya çıktı.

Bu muhteşem hayvanlar, binlerce kovanda çalışır ve karmaşık bir sosyal hiyerarşi yapısına sahiptir. Her arının bir işi vardır, bir işçi veya bir dron. Ancak, kovan başına sadece bir kraliçe arı vardır. Bu ana arı tüm yavruları üretir ve belirli kimyasal maddeler üreterek diğer arıların faaliyetlerini yönlendirir. Kraliçe arı, kraliyet statüsüne yol açan eşsiz bir diyetle beslenir. Genç arı larvaları doğduğunda, hepsi başlangıçta arı sütü denilen besleyici bir madde ile beslenir. İşçi arıları kısa sürede nektar ve polen karışımına sürülürken, seçilen kraliçe arı, arı sütünü yetişkinliğe iyi ve diğer arılara göre daha büyük miktarlarda besler. Diyet ve yetiştiricilikteki bu farktan dolayı, kraliçe ile diğer arılar arasında büyük farklılıklar vardır. Kraliçe arı daha büyük, daha uzun yaşar ve doğurgandır.

Bu farklı tür arılar arasındaki çevresel farklılıklar, arının genomunda belirli genlerin farklı ekspresyon seviyelerine neden olur. Gen ekspresyonundaki bu değişiklikler, arıların davranışlarında ve görünümlerinde büyük değişikliklere neden olur. Bu eylem epigenetiğin ta kendisidir! Bununla birlikte Bal Arısı, epigenetik değişikliklere uğrayabilecek tek tür değildir; şaşırtıcı bir şekilde biz de genetiğimizi çevreye yanıt olarak uyarlayabiliriz.

Kıtlık

İkinci Dünya Savaşı’nın sonlarına yakın Hollanda’da, Hollanda Açlık Kışı olarak bilinen şiddetli bir kıtlık yaşandı. Bu süre zarfında Hollanda, Almanların ablukası nedeniyle ciddi miktarda yiyecek ve yakıt sıkıntısı çekmiştir.

Belçika doğumlu Hollywood oyuncusu; Audrey Hepburn, yaklaşık 16 yaşına geldiğinde sona eren bu açlık sırasında Hollanda’daydı. İnsanlar yemek için çaresizdi, radyasyonlar yetişkin başına kabaca 1000 kaloriye düştü ve birçok kişi hayatta kalmak için lale soğanı ve ot yemeye çalıştı. Milyonlarca kişi etkilendi ve on binlerce kişi açlıktan öldü.

Bu olay, gıda kıtlığı acil durumunun, vatandaşları genellikle iyi beslenen ve iyi koşullarda yaşayan modern, iyi gelişmiş bir ülkede meydana gelmesi nedeniyle nispeten benzersizdi. Bu insanlar zamanın belirli bir noktasında yalnızca bir şiddetli açlık dönemine sahipti. Bu, bilim adamlarının bu Açlık Kışının belirli, iyi tanımlanmış bir popülasyondaki ve onu takip eden nesillerdeki etkilerini takip etmesine izin verdi. Kıtlığın insan sağlığını ve genetiğimizi nasıl etkilediği hakkında çok şey öğrenmemize izin verdi.

Bu Açlık Kışının etkileri, Audrey gibi insanların genomlarında süregelen şekilde korundu, ancak en ürkütücü etkilerinden bazıları zaman içinde utero’da doğan çocuklarda görüldü.

Bilim adamları, çocukların doğum ağırlıklarının hamilelik sırasında annelerin yetersiz beslenmesinden etkilendiğini tespit etti.

Hamileliğinin ilk üç ayında kabaca aç kalanlar için normal doğum ağırlığına sahip çocuklar vardı, ancak hamileliğin sonuna doğru aç kalanlar çok düşük doğum ağırlığına sahip bebeklere sahipti. Bu mantıklıydı, çünkü hamileliğin sonuna doğru iyi beslenen bebeklerin kilolarını ‘yakalamak’ için zamanları vardı.

Daha da ilginç olanı, doğum ağırlığının düşük olduğu bebeklerin yaşamları boyunca küçük kalması iken, bu zamandan itibaren daha büyük doğum oranlarına sahip olanlar obeziteye çok yatkındı. Ancak, bilim sürekli değişen bir alandır ve çoğu zaman tartışmalarla doludur. Ayrıca doğum kilosundaki bu farklılığın annelerin sosyal statüsü de dahil olmak üzere diğer faktörlerden kaynaklanmış olabileceğini iddia eden çalışmalar da yayınlanmıştır.

Şizofreni ve tip 2 diyabet dahil olmak üzere bu doğum oranlarına ve diğer uzun vadeli sağlık sorunlarına bağlantılar da vardır. Bu kalıcı etkiler, bebeğin utero döneminde Hollanda’da Açlık Kışı sırasındaki beslenme yetersizlikleri nedeniyle meydana gelen epigenetik değişikliklerden kaynaklanmaktadır.

Bal arısından ve Hollanda Açlık Kışının etkilerinden görebileceğimiz gibi, bir dizi genle doğmuş olsak bile, bu talimatları diyet, davranış ve çevre yoluyla nasıl kullanacağımızı değiştirebiliriz.

Doğa / beslenme tartışması, insanların genetik kodumuzun bir ürünü olup olmadığına ya da nasıl yetiştirildiğimize karar vermeye çalıştığımızdan beri yıllardır azalıyor. Belki de epigenetik, bizim kim olduğumuzun ortaya koyan en önemli mekanizmadır.

İleri okuma için kaynakları takip edebilirsiniz:

• https://www.nature.com/articles/nn.3218#affil-auth
• https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.1000532
• https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2579375/
• https://academic.oup.com/ije/article/36/6/1196/814573
• https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11048791https://www.pnas.org/content/107/39/16757.full