เบาหวานชนิดที่ 2 และโรคอ้วนสืบทอดมาหรือไม่?

การพัฒนาล่าสุดที่น่าตื่นเต้นที่สุดในการวิจัยพันธุศาสตร์มนุษย์คือความสามารถในการทำการศึกษาความแปรปรวนทางพันธุกรรมในวงกว้างอย่างเป็นระบบในคนหลายพันคน การศึกษาความสัมพันธ์ทั่วทั้งจีโนม (GWASs) เหล่านี้ได้ปฏิวัติความเข้าใจของเราเกี่ยวกับโรคที่ซับซ้อนต่างๆ มากมาย

แต่ถึงแม้จะมีความก้าวหน้าเหล่านี้ เราก็ยังสามารถอธิบายได้เพียงเศษเสี้ยวของการถ่ายทอดทางพันธุกรรมของภาวะสุขภาพหลายอย่าง ในการศึกษาที่ห้องปฏิบัติการของฉันมี เพิ่งตีพิมพ์ใน Scienceเราแสดงให้เห็นว่าคุณลักษณะของบุคคลอาจได้รับอิทธิพลอย่างมากจากความแปรผันทางพันธุกรรมในส่วนที่ไม่คาดคิดของจีโนมซึ่งถูกมองข้ามไปในการศึกษาก่อนหน้านี้

ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมที่มีบทบาทควบคู่ไปกับพันธุกรรมในการกำหนดคุณลักษณะของบุคคลนั้นก็มีอยู่ในครรภ์เช่นกัน เมื่อลูกหลานอยู่ในครรภ์ สิ่งที่มารดาของพวกเขาประสบกับสิ่งแวดล้อม (รวมถึงอาหาร ความเครียด การสูบบุหรี่) มีศักยภาพที่จะมีอิทธิพลต่อคุณลักษณะของลูกหลานเมื่อพวกเขาเติบโตเป็นผู้ใหญ่ เป็นที่เข้าใจกันว่า "โปรแกรมการพัฒนา" นี้มีส่วนสนับสนุนอย่างมากต่อการระบาดของโรคอ้วนที่พบได้ในปัจจุบัน

ผู้เล่นหลักในกระบวนการนี้คืออีพีเจเนติกส์ Epigenetics เป็นการดัดแปลงที่อยู่นอกจีโนมและกำหนดว่าส่วนใดของ DNA ที่จะทำให้กระฉับกระเฉงหรือไม่ทำงานมากขึ้น การดัดแปลงอย่างหนึ่งนั้นเกี่ยวข้องกับการติดแท็ก DNA ด้วยสารประกอบที่เรียกว่าหมู่เมทิล กลุ่มเมทิลกำหนดว่ายีนจะแสดงออกมา (เปิดอยู่) หรือไม่ เซลล์ตับและเซลล์ไตมีลักษณะทางพันธุกรรมเหมือนกัน นอกเหนือจากเครื่องหมายอีพีเจเนติก มีการเสนอว่าเพื่อตอบสนองต่อสภาพแวดล้อมที่ไม่ดีในครรภ์ โปรไฟล์อีพีเจเนติกของลูกหลานจะเปลี่ยนไป

ในการศึกษาของเรา เราเปรียบเทียบลูกหลานของหนูที่ตั้งครรภ์เมื่อได้รับอาหารที่มีโปรตีนต่ำ (โปรตีน 8%) กับอาหารปกติ (โปรตีน 20%) หลังจากหย่านมแล้ว ลูกหลานทุกคนจะได้รับอาหารตามปกติ จากนั้นเราดูที่ความแตกต่างใน DNA methylation ของลูกหลาน โดยเปรียบเทียบหนูที่มารดารับประทานอาหารที่มีโปรตีนต่ำกับผู้ที่มารดารับประทานอาหารตามปกติ


กราฟิกสมัครสมาชิกภายในตัวเอง


มองผิดที่

ในขั้นต้น เราไม่พบอะไรเลย ดังนั้นจึงเป็นเรื่องที่น่าประหลาดใจมาก แต่แล้วเราก็ดูข้อมูล ribosomal DNA (rDNA) และพบความแตกต่างของอีพีเจเนติกส์อย่างมาก ไรโบโซมดีเอ็นเอเป็นสารพันธุกรรมที่สร้างไรโบโซม ซึ่งเป็นเครื่องสร้างโปรตีนภายในเซลล์

เมื่อเซลล์ถูกตรึงเครียด เช่น เมื่อระดับสารอาหารต่ำ เซลล์เหล่านี้จะเปลี่ยนการผลิตโปรตีนเป็นกลยุทธ์ในการเอาชีวิตรอด ในหนูที่มารดาได้รับอาหารที่มีโปรตีนต่ำ เราพบว่าพวกมันมี methylated rDNA สิ่งนี้ทำให้การแสดงออกของ rDNA ช้าลงและส่งผลให้ลูกหลานมีขนาดเล็กลง - เบาลงมากถึง 25%

ผลกระทบของอีพีเจเนติกส์เหล่านี้เกิดขึ้นในกรอบเวลาการพัฒนาที่สำคัญในขณะที่ลูกหลานอยู่ในครรภ์ แต่เป็นผลถาวรที่ยังคงอยู่ในวัยผู้ใหญ่ ดังนั้น อาหารที่มีโปรตีนต่ำของมารดาในขณะตั้งครรภ์จึงมีแนวโน้มที่จะส่งผลร้ายแรงต่อสถานะและน้ำหนักของอีพีเจเนติกของลูกหลานมากกว่าอาหารของลูกหลานหลังจากที่หย่านมแล้ว

เมื่อมองไปไกลกว่าเครื่องหมายอีพีเจเนติกส์ เมื่อเราดูที่ลำดับพันธุกรรมพื้นฐานของ rDNA เราพบความประหลาดใจที่ยิ่งใหญ่กว่านั้น แม้ว่าหนูทั้งหมดในการศึกษาจะได้รับการเพาะพันธุ์ให้มีลักษณะทางพันธุกรรมเหมือนกัน แต่เราพบว่า rDNA ระหว่างหนูแต่ละตัวนั้นไม่เหมือนกันทางพันธุกรรม และแม้ในหนูแต่ละตัว สำเนา rDNA ที่ต่างกันก็มีความแตกต่างทางพันธุกรรม ดังนั้นจึงมีความแตกต่างอย่างมากใน rDNA ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการกำหนดคุณลักษณะของลูกหลานด้วย

ในจีโนมใดๆ ก็ตาม มี rDNA จำนวนมาก และเราพบว่าสำเนาของ rDNA ไม่ใช่ทุกชุดที่มีการตอบสนองในลักษณะเดียวกันในเชิงพันธุกรรม rDNA ชนิดเดียวเท่านั้น – “ตัวแปร A” – ดูเหมือนว่าจะผ่านกระบวนการเมทิลเลชันและส่งผลต่อน้ำหนัก ซึ่งหมายความว่าการตอบสนองของ epigenetic ของเมาส์ที่กำหนดนั้นถูกกำหนดโดยการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมของ rDNA ของพวกมัน - ผู้ที่มี rDNA ตัวแปร A มากกว่าจะเล็กลง

ความสามารถในการถ่ายทอดทางพันธุกรรม (ปัจจัยทางพันธุกรรมอธิบายความเสี่ยงต่อโรคได้มากเพียงใด) ของโรคเบาหวานประเภท 2 ได้รับการประมาณการว่าอยู่ระหว่าง 25% ถึง 80% ในการศึกษาต่างๆ อย่างไรก็ตาม มีเพียง 20% ของการถ่ายทอดทางพันธุกรรมของโรคเบาหวานประเภท 2 เท่านั้นที่อธิบายได้จากการศึกษาจีโนมของผู้ที่เป็นโรคนี้

ความจริงที่ว่าการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมของ DNA ไรโบโซมดูเหมือนจะมีอิทธิพลอย่างมากเช่นนี้ แสดงให้เห็นว่า GWAS ในมนุษย์อาจขาดส่วนสำคัญของปริศนานี้ ตราบใดที่พวกเขาได้ดูเพียงส่วนเดียวของจีโนมของผู้คน การวิเคราะห์ทางพันธุกรรมและอีพีเจเนติกส์ของ rDNA ในมนุษย์สามารถให้ข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญมากเกี่ยวกับโรคต่างๆ ของมนุษย์

เกี่ยวกับผู้เขียน

วาร์ดมัน รัคยาน, ศาสตราจารย์ด้าน Epigenetics, มหาวิทยาลัย Queen Mary of London

บทความนี้ถูกเผยแพร่เมื่อวันที่ สนทนา. อ่าน บทความต้นฉบับ.

หนังสือที่เกี่ยวข้อง

at ตลาดภายในและอเมซอน