„Įsivaizduokite, kad kokiame nors dideliame mieste išjungiami visi šviesoforai ar panaikinami kelio ženklai. Lengva numanyti, kad be eismo reguliavimo susidarytų didžiulės spūstys, padaugėtų avarijų ir miestas taptų paralyžiuotas. Ląstelėje tokių kelio ženklų ir šviesoforų funkciją atlieka epigenetiniai faktoriai, kurie kontroliuoja genų (DNR sekų) veiklą. Akivaizdžiausias epigenetinių faktorių svarbos įrodymas – daugialąsčiai organizmai“, – teigia Toronto universiteto (Kanada) ir Vilniaus universiteto Gyvybės mokslų centro (VU GMC) profesorius Artūras Petronis.
Jis aiškina, kad beveik visos to paties organizmo ląstelės turi tą pačią genetinę informaciją: du genomus po 3 milijardus nukleotidų. Vienas paveldėtas iš mamos, kitas – iš tėčio. Nepaisant genetinio panašumo, skirtingų organų ląstelės atlieka skirtingas funkcijas. Jos ir atrodo skirtingai. Pavyzdžiui, leukocitai yra apvalūs, neuronai turi daug ataugų, o raumenų ląstelės yra cilindro arba verpstės formos.
„Tokia įvairovė pasiekiama per skirtingą epigenetinę reguliaciją: identiški ląstelių genomai gali turėti gausybę epigenetinių „variantų“. Per milijonus evoliucijos metų gamta sukūrė nuostabų metodą iš vienos ląstelės (kiaušialąstės, apvaisintos spermatozoidu) padaryti sudėtingą organizmą: kopijuojant tuos pačius genomus suteikti jiems labai skirtingą epigenetinę reguliaciją. Tarsi identiški kompiuteriai turėtų skirtingą programinę įrangą“, – dėsto prof. A. Petronis.
Mokslininko teigimu, nukrypimai nuo epigenetinės normos gali turėti įtakos žmogaus ligų atsiradimui. Tradiciškai ligų kilmė aiškinama genetinių (DNR pažaidos) ir kenksmingų aplinkos faktorių sąveika. Bet ši paradigma negali paaiškinti daugelio svarbių ligų ypatumų. „Tarkime, identiški (monozigotiniai) dvyniai neretai skiriasi ir tik vienas iš jų suserga artritu, diabetu ar vėžiu. Taip nutinka nepaisant jų genetinio panašumo ir to, kad juos supa ta pati aplinka. Epigenetiniu požiūriu dvyniai gali labai skirtis. Tai jau ne kartą įrodyta eksperimentiškai. Yra ir daugiau klinikinių, epidemiologinių ir molekulinių patologijos duomenų, kurie daug „panašesni“ į epigenetinius, o ne genetinius“, – genetinio ir epigenetinio požiūrių skirtumus komentuoja Toronto universitete ir VU GMC dirbantis mokslininkas.
Nors pastarąjį dešimtmetį epigenetika tapo gana madinga žmogaus ligų tyrimų sritimi, vis dėlto apie epigenetinius mechanizmus žinome dar labai mažai. Žmogaus ligų tyrimai neįmanomi be gilaus supratimo, kaip ląstelėse veikia epigenomai. Prieš kelerius metus prof. A. Petronio vadovaujama Kanados ir Lietuvos mokslininkų grupė pastebėjo įdomų reiškinį: pasirodo, epigenomai nėra tokie stabilūs, kaip lig šiol buvo įsivaizduojama: „Jie keičiasi tam tikru dėsningumu, kuris atitinka 24 valandų ritmą, kitaip dar vadinamą cirkadiniu. Beveik visos gyvybės formos vienaip ar kitaip reaguoja į dieną ar naktį – tokios adaptacinės reakcijos susiformavo per milijonus evoliucijos metų. Nors buvo žinoma, kad cirkadiniai svyravimai ir cikliškumas vyksta įvairiais ląstelės lygmenimis, iki šiol manyta, kad epigenomai nepriklauso cirkadiniam aparatui. Įdomu tai, kad cirkadiniai epigenomo signalai susiję su ląstelės senėjimo procesais.“ Nors kol kas mokslininkai tyrė tik pelių audinius, epigenominio cirkadiškumo ir senėjimo ryšys atveria naujas žmogaus ligų tyrimų galimybes. Ląstelių ir audinių senėjimą galima laikyti didžiausiais rizikos faktoriais tokioms ligoms kaip senatvinė demencija (Alzheimerio liga), vėžys ir su nutukimu susijęs vėlyvojo amžiaus diabetas.
Šio tyrimo rezultatai pateikti prestižiniame žurnale „Nature Communications“ paskelbtame straipsnyje „Cytosine Modifications Exhibit Circadian Oscillations That Are Involved in Epigenetic Diversity and Aging“. Minėta publikacija yra pirmasis šių metų pradžioje VU GMC įkurtos Epigenominių tyrimų laboratorijos darbo vaisius. Prof. A. Petronis prisipažįsta, kad jam jau seniai kirbėjo mintis apie padalinį ar laboratoriją Vilniuje. Tai galima vadinti „paraleline“ laboratorija, kuri glaudžiai bendradarbiauja su Toronto universitetu. Taip, pasak pašnekovo, būtų sudaromos sąlygos gabiam jaunimui dirbti Lietuvoje, dalyvauti tarptautiniuose projektuose ir atlikti Vakarų mokslo standartus atitinkančius tyrimus. Ši idėja jau seniai svarstyta su profesoriumi Arvydu Janulaičiu, o pastaraisiais metais ir su VU GMC vadovu prof. Gintaru Valinčiumi bei Biotechnologijos instituto direktoriumi prof. Sauliumi Klimašausku. Tokios laboratorijos įkūrimui pritarė ir VU rektorius prof. Artūras Žukauskas.
Pirminė Epigenominių tyrimų laboratorijos specializacija – bioinformatika ir duomenų analizė. Tai strategiškai svarbi tyrimų dalis, nes duomenų daugėja ne dienomis, o valandomis. „Biomedicininių tyrimų sėkmė vis labiau priklauso nuo bioinformatikų žinių, kūrybiškumo ir įžvalgų. Bioinformatikams nereikia brangios laboratorinės įrangos ir reagentų. Jie gali puikiausiai dalyvauti tarptautiniuose projektuose naudodamiesi skaičiavimo įranga, esančia Šiaurės Amerikoje ar kitoje šalyje. Visa tai suteikia puikią galimybę pasireikšti jauniems Lietuvos protams“, – argumentuoja prof. A. Petronis.
Kol kas Epigenominių tyrimų laboratoriją, be prof. A. Petronio, sudaro du mokslininkai: bioinformatikas Karolis Koncevičius ir VU GMC magistrantas, būsimasis epigenetinės bioinformatikos specialistas Algis Kriščiūnas. Abu darbuotojai yra stažavęsi Toronto universiteto Psichikos sveikatos centre, kuriame dirba prof. A. Petronis. Šiuo metu jis su kolegomis iš Epigenominių tyrimų laboratorijos rengia straipsnį, aprašantį cirkadinių žmogaus epigenomų ypatybes. Taigi kitas šios Kanados–Lietuvos tyrėjų grupės tyrimų etapas bus skirtas žmogaus ligoms.