Perkembangan terbaru yang paling menarik dalam penelitian genetika manusia adalah kemampuan untuk melakukan studi sistematis berskala besar mengenai variasi genetik pada ribuan orang. Studi asosiasi genom ini (GWASs) telah merevolusi pemahaman kita tentang banyak penyakit kompleks yang berbeda.
Namun, terlepas dari kemajuan ini, kita masih bisa menjelaskan sebagian kecil dari heritabilitas banyak kondisi kesehatan. Dalam sebuah penelitian yang laboratorium saya miliki baru diterbitkan di Science, kami menunjukkan bahwa atribut seseorang dapat sangat dipengaruhi oleh variasi genetik di bagian tak terduga dari genom yang telah diabaikan dalam penelitian sebelumnya.
Faktor lingkungan yang berperan bersama genetika dalam menentukan atribut seseorang juga hadir di rahim. Ketika keturunan berada di dalam rahim, apa yang dialami ibu mereka secara lingkungan (termasuk diet, stres, merokok) berpotensi mempengaruhi atribut keturunan saat mereka dewasa. "Perkembangan pemrograman" ini dipahami sebagai kontributor besar epidemi obesitas yang terlihat saat ini.
Pemain kunci dalam proses ini adalah epigenetika. Epigenetika adalah modifikasi yang berada di luar genom dan menentukan bit DNA mana yang lebih aktif atau tidak aktif. Salah satu modifikasi tersebut melibatkan penandaan DNA dengan senyawa yang disebut kelompok metil. Kelompok metil menentukan apakah gen dinyatakan (dinyalakan) atau tidak. Sel hati dan sel ginjal secara genetis identik terpisah dari tanda epigenetiknya. Telah diusulkan bahwa sebagai respons terhadap lingkungan yang buruk di dalam rahim, profil epigenetik keturunan akan berubah.
Dalam penelitian kami, kami membandingkan keturunan tikus hamil saat diberi diet rendah protein (8% protein) dan diet normal (protein 20%). Setelah mereka disapih, semua keturunan diberi diet normal. Kami kemudian melihat perbedaan metilasi DNA anak-anak itu, membandingkan tikus-tikus yang ibunya memiliki diet rendah protein pada mereka yang ibunya memiliki makanan normal.
Melihat di tempat yang salah
Awalnya, kami tidak menemukan apa-apa, jadi itu adalah kejutan besar, tapi kemudian kami melihat data DNA ribosom (rDNA) dan menemukan perbedaan epigenetik yang hebat. DNA ribosom adalah bahan genetik yang membentuk ribosom - mesin pembuat protein di dalam sel.
Ketika sel stres - misalnya ketika tingkat hara rendah - mereka mengubah produksi protein sebagai strategi bertahan hidup. Pada tikus yang ibunya diberi makan makanan rendah protein, kami menemukan bahwa mereka telah methylated rDNA. Ini memperlambat ekspresi rDNA mereka dan menghasilkan keturunan yang lebih kecil - sebanyak 25% lebih ringan.
Efek epigenetik ini terjadi di jendela perkembangan kritis sementara keturunannya ada di dalam rahim namun merupakan efek permanen yang tetap menjadi dewasa. Jadi diet rendah protein ibu saat hamil cenderung memiliki konsekuensi lebih parah pada keadaan epigenetik dan berat badan anak daripada makanan sendiri dari keturunan karena telah disapih.
Melihat melampaui tanda epigenetik, ketika kita melihat urutan genetik dasar rDNA, kami menemukan kejutan yang lebih besar lagi. Meskipun semua tikus dalam penelitian ini dibiakkan secara genetik identik, kami menemukan bahwa rDNA di antara tikus individu tidak identik secara genetik - dan bahwa, bahkan di dalam tikus individu, salinan rDNA yang berbeda secara genetis berbeda. Jadi ada variasi rDNA yang sangat besar yang juga berperan besar dalam menentukan atribut keturunan.
Dalam genom tertentu, ada banyak salinan rDNA, dan kami menemukan bahwa tidak semua salinan rDNA merespons dengan cara yang sama secara epigenetik. Hanya satu jenis rDNA - "A-varian" - tampaknya mengalami metilasi dan mempengaruhi berat badan. Ini berarti bahwa respons epigenetik tikus tertentu ditentukan oleh variasi genetik rDNA mereka - mereka yang memiliki varian RDNA lebih banyak akhirnya menjadi lebih kecil.
Heritabilitas (seberapa besar risiko penyakit dijelaskan oleh faktor genetik) diabetes tipe 2 diperkirakan antara 25% dan 80% pada penelitian yang berbeda. Namun, hanya sekitar 20% heritabilitas diabetes tipe 2 yang telah dijelaskan oleh studi genom orang-orang yang menderita penyakit ini.
Fakta bahwa variasi genetik DNA ribosom tampaknya memiliki pengaruh yang kuat menunjukkan bahwa GWAS pada manusia dapat kehilangan bagian penting dari teka-teki tersebut, karena sejauh ini mereka hanya melihat satu salinan genom manusia. Analisis genetik dan epigenetik rDNA pada manusia dapat menghasilkan wawasan yang sangat penting terhadap berbagai penyakit manusia.
Tentang Penulis
Vardhman Rakyan, Profesor Epigenetik, Queen Mary University of London
Artikel ini awalnya diterbitkan pada Percakapan. Membaca Artikel asli.
Buku terkait
at Pasar InnerSelf dan Amazon
