Het werd lang als een ketterij in de biologie beschouwd, maar de gegevens stapelen zich op dat tijdens het leven verworven eigenschappen doorgegeven kunnen worden aan de volgende generaties, ook bij mensen. Dat heeft grote gevolgen, onder meer voor de geneeskunde.
Stress kan sommige mensen een leven lang met problemen opzadelen. Problemen die zich op een bepaalde manier in, of liever: op, de genen manifesteren. Dat blijkt uit een studie gepubliceerd in het wetenschappelijke vakblad Proceedings of the National Academy of Sciences. Wetenschappers screenden de activiteit van niet minder dan 14.000 genen – een mens heeft zo’n 20.000 genen – van honderd Amerikanen die kampten met posttraumatische stress. Ze vonden verschillen in de activiteit van genen die te maken hadden met de regulatie van het afweersysteem, maar ook van genen die instaan voor de groei van hersencellen.
De verschillen hadden betrekking op zogenaamde methylatie: het aan bepaalde stukjes van het DNA hangen van scheikundige methylgroepen, die maken dat sommige genen makkelijker toegankelijk worden en andere niet. De chemische stoffen, die als weerhaakjes aan het DNA hangen, bepalen mee wat er in bruikbare eiwitten wordt overgeschreven. Ze zijn een van de wapens uit het arsenaal van de epigenetica: een nieuwe tak in de wetenschap die onvermoede aspecten van de erfelijkheid bestudeert.
In de studie kon niet duidelijk gemaakt worden of de epigenetische verschillen oorzaak dan wel gevolg waren van de blootstelling aan stress. Maar het is niet uitgesloten dat mensen nog voor ze zelf met stress te maken krijgen, opgezadeld raken met epigenetische kenmerken die hen kwetsbaarder maken voor pijnlijke ervaringen. Een opgemerkte studie in de Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism toonde niet alleen aan dat van 38 bestudeerde zwangere vrouwen die op 11 september 2001 in of vlakbij de Twin Towers van New York waren, de helft achteraf duidelijke tekenen van posttraumatische stress vertoonde, maar ook dat de fysiologische gevolgen daarvan merkbaar waren in de baby’s die later geboren werden.
Een vaststelling die voeding gaf aan een van de meest controversiële biologische inzichten van de laatste jaren: dat mensen prikkels uit hun eigen leven kunnen doorgeven aan hun kinderen. Wetenschappers gaan er sinds Charles Darwin van uit dat eigenschappen alleen via de tussenstap van de genetische kaart kunnen worden overgeërfd. Het idee van de Fransman Jean-Baptiste Lamarck, dat tijdens een leven verworven eigenschappen kunnen worden doorgegeven, leek al lang dood en begraven. Sinds kort wordt het, in aangepaste versie, gereanimeerd. Het lijkt de biologische wereld op zijn kop.
Kinderen van de holocaust
Nochtans stapelden relevante waarnemingen rond epigenetica zich al een tijdje op. Het vakblad New Scientist rakelde een oude Israëlische studie op van soldaten die getuige waren geweest van de bloedbaden die christelijke milities in 1982 in Libanon in kampen van Palestijnse vluchtelingen hadden aangericht. Een aantal van die soldaten had achteraf met posttraumatische stress te kampen. Nader onderzoek wees uit dat de zwaarst getroffen soldaten kinderen waren van ouders die tijdens de Tweede Wereldoorlog de holocaust hadden overleefd.
Destijds had men geen andere verklaring voor de vaststelling dan dat de kinderen beïnvloed waren door de vreselijke verhalen die hun ouders hadden verteld. Maar vandaag kijken wetenschappers er anders tegenaan. Nu gaan ze ervan uit dat mensen die met zware stress worstelen, hun problemen aan hun kinderen kunnen doorgeven nog voor die geboren zijn. De rechtstreekse chemische link zou een te lage productie van het hormoon cortisol zijn, dat na een stressaanval de innerlijke gemoederen weer moet kalmeren. Onderzoek heeft bevestigd dat hoe zwaarder de stressreacties van ouders zijn, hoe lager de cortisolproductie van hun kinderen.
Een studie van de hersenen van mensen die zelfmoord pleegden, gepubliceerd in Nature Neuroscience, heeft aangetoond dat er bij mensen met een voorgeschiedenis van misbruik als kind, belangrijke veranderingen waren opgetreden in de hippocampus: een van de controlekamers van de hersenen. Het is niet uitgesloten dat ook zulke veranderingen aan de kinderen worden doorgegeven. Een Zweedse studie uit de European Journal of Human Genetics suggereerde dat zelfs de kleinkinderen van mensen die als kind zwaar honger hadden geleden, nog gevolgen ondervonden van de miserie van hun grootouders.
De generatiesprong zou niet rechtstreeks via de genen gemaakt worden, wel via processen op de genen die bepalen wat wel en wat niet wordt overgeschreven in eigenschappen. Epigenetica. Het onderscheid tussen natuur en cultuur (inbegrepen opvoeding in de breedste betekenis van het woord) zou niet zo strikt zijn als tot dusver werd aangenomen. De ‘opvoeding’ kan al beginnen voor een kind geboren is, via chemische veranderingen die een invloed hebben op welke genen waar en wanneer tot expressie worden gebracht.
Het wetenschappelijke topvakblad Science presenteerde onlangs een groot overzicht van de beschikbare kennis rond epigenetica. Het hanteerde daarbij de definitie van epigenetica als: ‘een stabiel overerfbaar fenotype als resultaat van veranderingen in een chromosoom zonder veranderingen in het DNA’. Een fenotype is wat je ziet: hoe ziet een individu eruit als contrast met zijn genotype, met de genetische informatie die in zijn DNA ligt opgeslagen.
Dat DNA ligt opgerold in een chromosoom, en om het wat structuur en stabiliteit mee te geven zitten er eiwitblokjes bij (zogenaamde histonen). Zelfs die histonen kunnen voorwerp zijn van epigenetische veranderingen. Het zijn ketens van aminozuren, maar als er enkele aminozuren veranderen in de keten, kunnen de histonen een andere driedimensionale structuur krijgen, waardoor sommige stukken van het DNA minder toegankelijk worden dan anders, en andere stukken meer toegankelijk. Het voornaamste epigenetische proces zou echter wel degelijk de methylatie (of demethylatie) zijn, waarbij scheikundige weerhaakjes aan het DNA gehangen worden, of er net worden afgehaald. Volgens de schema’s gepresenteerd in Science gaat het dikwijls om een ingewikkeld proces, zo ingewikkeld dat je je soms begint af te vragen hoe zoiets ooit is kunnen ontstaan zonder de leefbaarheid van het levensprincipe te hypothekeren.
Geheugen van cellen
Het was al lang duidelijk dat er speciale chemische programma’s bestaan die de genetische expressie van cellen vastleggen. Het gebeurt op elk niveau bij de ontwikkeling van elk wezen. De bevruchte cel aan de basis van elk leven begint zich te delen, en de vele dochtercellen gaan zich specialiseren, in hartcellen, hersencellen, spiercellen enzovoorts. Dat heeft meestal gewoon te maken met het activeren van de juiste genen en het ervoor zorgen dat de andere genen stil blijven. Die specifieke programmatie hoeft niet bij elke celdeling te worden herhaald, die wordt mee doorgegeven, door de externe factoren die nu ook in de epigenetica worden bestudeerd, de methylgroepen en de andere veranderingen in de structuurtjes op en tussen het DNA. Niet-genetisch celgeheugen, heet dat ondertussen in het jargon. Dat geheugen kan niet alleen een rol spelen in het zich herinneren van het eigen cellulaire verleden, maar ook van relevante beïnvloedende omstandigheden, zoals stress of andere omgevingsfactoren.
Het proces van het programmeren van cellen wordt uitgebreid bestudeerd in de context van het onderzoek van stamcellen: oercellen die in principe eender welke richting kunnen worden uitgestuurd, bijvoorbeeld in functie van wat een patiënt nodig heeft: nieuw bloed, nieuw leverweefsel, en dat allemaal zonder al te veel risico’s op afstotingsverschijnselen, want het betreft lichaamseigen cellen die opnieuw geprogrammeerd worden om falende organen bij te spijkeren. Die herprogrammering lijkt vaak neer te komen op sleutelen aan het cellulair geheugen, waarbij een cel moet kunnen vergeten wat ze ooit is geweest. Epigenetische factoren spelen daarbij een grote rol, chemische elementen op het DNA die moeten worden aangepast.
Ook de kankergeneeskunde moet van epigenetisch onderzoek kunnen profiteren. In Science Translational Medicine stond onlangs te lezen dat wetenschappers erin geslaagd zijn levertumoren in twee types op te splitsen, in functie van de manier waarop ze epigenetisch georganiseerd zijn. Belangrijk, want de twee types reageren totaal verschillend op een experimenteel epigenetisch geneesmiddel. Epigenetische geneesmiddelen, die ingrijpen op de manier waarop genen tot uiting worden gebracht, zijn een hot item in het medische debat. Het is duidelijk dat vele aandoeningen, maar ook bijvoorbeeld het verouderingsproces, een sterke epigenetische component hebben, met grote individuele verschillen tussen mensen. Het is echter onduidelijk in welke mate er met geneesmiddelen op die epigenetische componenten kan worden ingegrepen. Als die geneesmiddelen bijvoorbeeld ook maar een fractie van de wél gewenste methylgroepen zouden verwijderen, zouden de neveneffecten niet te overzien zijn.
Het inzicht dat kanker epigenetische aspecten kan hebben, is meer dan dertig jaar oud, maar het heeft meer dan een kwarteeuw nodig gehad om aanvaard te worden door de wetenschappelijke wereld. Zo gaat dat met inzichten die indruisen tegen de gangbare opinie. Nu groeit de overtuiging dat het kankeronderzoek veel kostbare tijd verloren heeft doordat het zich te lang uitsluitend heeft toegespitst op veranderingen in het genetische materiaal van kankercellen (mutaties), terwijl het duidelijk is dat ook epigenetische factoren een belangrijke bijdrage kunnen leveren. Wetenschappers hopen dat ze die epigenetische factoren, waardoor een cel zou kunnen gaan woekeren en een kankercel worden, op eenvoudige wijze zullen kunnen elimineren, zodat een cel zich weer normaal gaat gedragen. Voor bepaalde vormen van leukemie zou dat trouwens al kunnen.
Het inzicht dringt stilaan door dat epigenetische factoren constant spelen, in alle soorten leven, in alle individuen, op elk moment van een bestaan. Wat we eten, wat we drinken, wat we ervaren, wat we doen: alles kan een rol spelen in het bepalen van hoe onze genen worden aangestuurd. Science Translational Medicine had in de herfst een belangrijke studie over hoe de zich stilaan wereldwijd manifesterende epidemie van obesitas mogelijk een sterke epigenetische component heeft. Onderzoekers onderzochten de methylatiepatronen van een heleboel genen van 74 IJslanders over een periode van meer dan tien jaar, en linkten ze aan eetgedrag en lichaamsgewicht. Ze vonden bij zwaarlijvige mensen vier locaties op de chromosomen waar er steevast méér methylgroepen op het DNA hingen dan normaal. Een van die locaties was een gen waarvan bekend is dat het een rol speelt in het sturen van het eetgedrag van draadwormen, maar waarvoor bij de mens nog geen functie gevonden was. ‘Misschien stuurt dat gen menselijke dragers in bepaalde omstandigheden wel veel meer naar de ijskast dan normaal’, suggereerde een van de onderzoekers. Of hoe kleine chemische groepen op het DNA ons dagelijks gedrag kunnen bepalen.
DOOR DIRK DRAULANS
Zelfs kleinkinderen van mensen die als kind zwaar honger leden, kunnen nog gevolgen ondervinden van de ontbering van hun grootouders.
