Prevratné zistenie: Rovnaký gén ťa môže chrániť aj ohrozovať – záleží na tom, od ktorého rodiča ho máš

Zdedíš po otcovi gén, ktorý ťa robí vyšším, ale ten istý gén od matky ťa robí nižším. Znie to neuveriteľne? Vedci práve dokázali, že takéto prípady nie sú výnimkou, ale skôr pravidlom.

Nová štúdia publikovaná v prestížnom časopise Nature prevracia naše chápanie dedičnosti. Výskumníci analyzovali genetické údaje viac ako 100 000 ľudí z britskej biobanky a objavili fascinujúce zistenie. Nestačí vedieť, aký genetický variant máš – dôležité je aj to, od ktorého rodiča si ho zdedil.

Tím identifikoval viac ako 30 prípadov, kde účinky génov záviseli od toho, či prišli od matky alebo otca. Tieto „efekty podľa pôvodu od rodiča“ sa objavovali najmä pri vlastnostiach spojených s rastom a metabolizmom – výška, rozloženie tuku či riziko cukrovky druhého typu.

Informuje o tom web PsyPost a štúdia uverejnená na portáli Nature. 

Evolučný konflikt medzi rodičmi formuje naše gény

Vedci sa inšpirovali teóriou evolučného konfliktu medzi rodičmi. Táto hypotéza tvrdí, že matky a otcovia majú odlišné evolučné záujmy, pokiaľ ide o investície do potomstva.

Otcovské gény môžu uprednostňovať väčší rast potomka, čo zvyšuje jeho šance na prežitie a reprodukciu. Materské gény však podporujú opatrnejšie využívanie energie, aby sa zachovali zdroje pre budúce tehotenstvá. Tento evolučný spor vytvára „genomický imprinting“ – niektoré gény sa aktivujú iba vtedy, keď prichádzajú od konkrétneho rodiča.

Zoltán Kutalik, spoluautor štúdie a docent na univerzite v Lausanne, spomína: „Dodnes si pamätáme, ako sme boli fascinovaní prelomovou štúdiou islandských kolegov z roku 2009. Ukázala, že efekty podľa pôvodu od rodiča skutočne existujú pri komplexných vlastnostiach a chorobách.“

Predchádzajúce štúdie však boli obmedzené malými vzorkami, pretože potrebovali genetické informácie od oboch rodičov. Nový prístup tento problém elegantne rieši.

Revolučná metóda odhaľuje skryté dedičstvo

Výskumníci vyvinuli inovatívny spôsob, ako zistiť pôvod génu bez priameho prístupu k rodičovským genómom. Kombinovali niekoľko stratégií – sledovanie zdieľaných DNA úsekov medzi súrodencami, analýzu pohlavných chromozómov a využitie mitochondriálnej DNA.

Robin Hofmeister, hlavný autor štúdie, vysvetľuje vývoj metódy: „V roku 2022, počas môjho doktorandského štúdia, som prišiel s nápadom využiť zdieľané DNA segmenty medzi príbuznými na identifikáciu ‚náhradných rodičov‘. To umožnilo určiť rodičovský pôvod určitých DNA variácií.“

Týmto spôsobom dokázali priradiť rodičovský pôvod genetickým variantom u viac ako 109 000 účastníkov. Použiteľná vzorka sa oproti predchádzajúcim štúdiám zvýšila viac ako štvornásobne.

Výsledky overili na ďalších dvoch veľkých kohortách – 85 050 jednotlivcov z estónskej biobanky a 42 346 detí z nórskej štúdie matiek, otcov a detí.

Opačné účinky génov šokovali vedcov

Analýza odhalila viac ako 30 efektov závislých od rodičovského pôvodu. V mnohých prípadoch mal rovnaký genetický variant opačné účinky podľa toho, od ktorého rodiča prišiel.

Jeden variant na chromozóme 7 zvyšoval hladinu tukov v krvi, keď prišiel od otca, ale znižoval ju, keď prišiel od matky. Tieto „bipolárne“ efekty boli obzvlášť časté pri vlastnostiach súvisiacich s reguláciou energie – percento tuku, hladina glukózy a cholesterolu.

Pozoruhodný príklad našli v známej oblasti chromozómu 11, ktorá obsahuje gén IGF2 zapojený do rastu. Variant v tejto oblasti ukázal, že otcovská kópia súvisela s nižšou výškou, zatiaľ čo materská kópia nemala významný účinok. Iný blízky variant mal matersky-špecifický vplyv na výšku a ovplyvňoval aj beztukovú hmotu a základný metabolizmus.

Ďalší variant na chromozóme 11 súvisel s cukrovkou druhého typu rodičovsky-špecifickým spôsobom. Otcovská verzia zvyšovala riziko, zatiaľ čo materská verzia bola ochranná.

Materské gény šetria, otcovské investujú

Prítomnosť viacerých bipolárnych efektov pri vlastnostiach súvisiacich s využívaním energie a rastom podporuje hypotézu rodičovského konfliktu. V identifikovaných prípadoch otcovské alely podporovali rast a spotrebu energie, zatiaľ čo materské alely tieto vlastnosti častejšie obmedzovali.

Tento vzorec bol obzvlášť zreteľný pri vlastnostiach ako pôrodná hmotnosť, výška a metabolické biomarkery. Potvrdil tak predpovede evolučnej teórie.

„Kľúčové v našich zisteniach je, že nezdedíme od rodičov iba DNA sekvenciu, ale aj malé pripojené chemické štruktúry – takzvané metylácie alebo otisky,“ vysvetľujú Kutalik a Hofmeister. „Kvôli tomu musíme zvážiť nielen skutočnú genómovú sekvenciu, ktorú sme zdedili, ale aj od ktorého rodiča sme ju zdedili, pretože účinky sa môžu podstatne líšiť.“

Vedci identifikovali 30 takýchto príkladov, pričom 19 z nich malo konfliktné účinky. Keď sa variant zdedí od jedného rodiča, môže predisponovať ku kardio-metabolickej chorobe. Ten istý DNA úsek zdedený od druhého rodiča môže pred tou istou chorobou chrániť.

Vývoj efektov v čase odhaľuje nové tajomstvá

Analýzou longitudinálnych údajov z nórskej kohorty tím sledoval, ako sa tieto efekty vyvíjajú v čase. Jeden variant spojený s výškou vykazoval efekty závislé od pôvodu od rodiča počas detstva.

Iný variant spojený s indexom telesnej hmotnosti ukázal matersky-špecifický účinok počas detstva, ktorý sa v dospelosti obrátil. To naznačuje, že vplyv rodičovského pôvodu sa môže meniť počas rôznych vývojových štádií.

„Najviac nás prekvapilo, ako často pozorujeme opačné rodičovské efekty, čo naznačuje, že toto je skôr pravidlo než výnimka,“ dodávajú autori štúdie.

Toto pozorovanie podporuje hypotézu rodičovského konfliktu – matky sa snažia zachovať zdroje pre vlastné prežitie a budúcu reprodukciu, zatiaľ čo otcovia môžu uprednostňovať zvýšenie kondície súčasného potomka, aj za cenu materských zdrojov.

Budúcnosť výskumu sľubuje ďalšie prelomy

Napriek rozsahu a inovácii štúdie existujú obmedzenia. Výskumníci sa zamerali na jednotlivcov bieleho európskeho pôvodu, čo obmedzuje všeobecnosť výsledkov pre rozmanitejšie populácie.

Analyzované vlastnosti boli hlavne fyzické a metabolické. Psychiatrické a behaviorálne vlastnosti neboli podrobne analyzované, hoci autori poznamenávajú, že ich metódy sa dajú použiť v budúcich štúdiách.

Ďalším obmedzením je, že prístup identifikuje iba prenášanú alelu. To sťažuje rozlíšenie skutočných genetických účinkov od potenciálnych environmentálnych vplyvov spojených s výchovou.

Tím teraz plánuje preskúmať molekulárne mechanizmy týchto efektov. Mnohé pozorované vzorce naznačujú rozdiely v génových expresiách podľa rodičovského zdroja, pravdepodobne kvôli regulačným elementom reagujúcim na imprintingové značky.

Budúca práca môže zahŕňať transkriptomické a epigenetické štúdie na hlbšie pochopenie týchto mechanizmov. Vedci dúfajú, že rozšíria výskum aj na psychiatrické vlastnosti, ktoré sú zložitejšie  kvôli komplexným environmentálnym vplyvom a menším súborom údajov.

„Spolupráca bola skutočne nevyhnutná – nielen na zvýšenie veľkosti vzorky, ale aj na posúdenie, či sú tieto efekty zovšeobecniteľné naprieč populáciami,“ uzatvárajú Kutalik a Hofmeister. S rastúcim prístupom k rozmanitým a multigeneračným biobankám sa možnosť odhaľovania rodičovsky-špecifických efektov na kogníciu, emócie a duševné zdravie čoskoro stane reálnejšou.

Čítaj viac z kategórie: Zaujímavosti