Epigenetiikka on toistaiseksi pitkälti perustutkimustasolla. Olennaisia kysymyksiä ovat, miten epigenetiikan mekanismit toimivat solutasolla ja mikä on epigeneettisten muutosten merkitys eri sairauksissa? Käytäntöä kohti vie biomarkkerien etsiminen tautien ennakoimiseksi.

Helsingin yliopiston epigenetiikan ja genetiikan professorin Minna Nyströmin mielestä epigenetiikkaa ei pidä ymmärtää sairauksia aiheuttavana mekanismina, vaan solujen normaalin kasvun ja erilaistumisen edellytyksenä.

- Ilman epigeneettistä säätelyä ei hedelmöittyneestä munasolusta koskaan kehittyisi eri kudoksiin ja elimiin tarvittavia erilaistuneita soluja.

Epigeneettinen säätelymekanismi on joustavuudestaan huolimatta yleensä tarkoin ohjattua. Toisaalta se on herkkä ympäristövaikutuksille ja siksi altis myös ympäristöstä tuleville huonoille signaaleille. Väärin ohjattu geenien toiminta voi altistaa sairauksille.

- Näitä muuttuvia säätelymekanismeja ja niiden vaikutuksia geenien toimintaan ei ole helppoa tutkia. Vasta nyt ymmärretään, miten läheisesti epigeneettiset ja geneettiset muutokset liittyvät toisiinsa ja yhdessä vaikuttavat solujen toimintaan. Juuri epigenetiikan ja genetiikan vuoropuhelu on yksi nousevista tutkimuskohteista, sanoo Nyström.

Epigenetiikassa tehdään vielä nykyisin enimmäkseen perustutkimusta. Tällä hetkellä yritetään hahmottaa, miten epigenetiikan mekanismit toimivat solutasolla, mikä on epigeneettisten muutosten merkitys eri sairauksissa ja miten epigenetiikkaa voitaisiin hyödyntää tulevaisuudessa tauteja ennakoivina biomarkkereina. Näin kertoo Itä-Suomen yliopiston molekyyligenetiikan professori Mikko Hiltunen.

Alzheimerin taudin tutkimuksessa epigenetiikka on luonnollinen jatke geneettiselle tutkimukselle, jonka tuloksena viime vuosina on kartoitettu runsaasti uusia, taudin riskiä muokkaavia geenimuutoksia.

- Nyt haetaan tautimekanismeja, jotka selittäisivät Alzheimerin taudin geneettiset löydökset epigenetiikan kautta, kuvaa Hiltunen.

Epigeneettiset muutokset tapahtuvat luultavimmin ainoastaan keskeisillä aivoaluilla Alzheimerin taudin kannalta, mikä vaikeuttaa kudosmateriaalin saantia.

- Aivoissa tapahtuvat epigeneettiset muutokset eivät välttämättä näy muualla, esimerkiksi verisoluissa.

Tekniikan kehitys tuonut työkaluja

Epigenetiikkaa on tutkittu vaihtelevasti jo vuosikymmeniä, mutta nyt tekniikan kehitys on nostanut sen aikaisempaa enemmän esiin. Nykyisin tutkijoilla on tehokkaita työkaluja, joilla voidaan tutkia esimerkiksi koko perimän kattavasti epigeneettisiä muutoksia, kuten DNA-metylaatio- ja histonimodifikaatiota.

- Epigenetiikka liittyy keskeisesti geenien toimintaan, siihen, miten ne ilmentävät lähetti-RNA:ta ja proteiineja. Geenin ilmentyminen voi joko hiljentyä tai lisääntyä epigeneettisestä muutoksesta riippuen. Epigeneettinen säätely voi siis modifioida taudin syntyä ja etenemistä, toteaa Mikko Hiltunen.

Hiltusen mukaan nyt jo tiedetään, että epigenetiikalla on merkitystä useissa monitekijäisissä sairauksissa, mutta vielä ei osata sanoa miten paljon.

DNA-metylaatiolla on tärkeä tehtävä eri solutyyppien, kudosten ja organismien ilmiasujen määräytymisessä.

- Tutkimalla kolmea etnisyydeltään eroavaa ihmisjoukkoa on myös osoitettu, että noin kaksi kolmannesta kunkin populaation metylaatiovariaatiosta voidaan selittää geneettisillä tekijöillä, mutta yksi kolmannes ei liity geneettiseen variaatioon, kertoo tutkija Miina Ollikainen Hjelt-instituutista.

Epigeneettiset erot geneettisesti identtisten yksilöiden välillä voivat johtaa eroihin ilmiasussa.

- Nyt on havaittu, että epigeneettinen variaatio populaatiotasolla saattaa liittyä muun muassa siihen, että eri syntyperää olevat ihmispopulaatiot reagoivat eri lailla tiettyihin taudinaiheuttajiin tai lääkkeisiin. Kyseinen ilmiö saattaisi selittää myös monitekijäisten sairauksien yhteydessä periytyvyyttä, jota geneettinen tutkimus ei ole havainnut, Ollikainen huomauttaa.

Mahdollisuus vaikuttaa

Minna Nyströmin tutkimusryhmä selvittää geneettisiä ja epigeneettisiä muutoksia, jotka liittyvät paksusuolisyövän riskiin. Tutkimusryhmä selvittää in vitro ja in vivo -malleja käyttämällä syöpäpotilailta löydettyjen perinnöllisten mutaatioiden patogeenisuutta sekä toisaalta elintapojen, kuten ruokavalion, vaikutusta ja osuutta riskissä.

- Tutkimus, jossa on käytetty identtisiä hiiriä, on osoittanut, miten valtavan suuri vaikutus länsimaisella epäterveellisellä ruokavaliolla on syöpää estävien geenien hiljentämiseen ja paksusuolen syöpien lisääntymiseen.

Nyström iloitsee siitä, että epigenetiikka tuo takaisin mahdollisuuden vaikuttaa: perimä ei ratkaise kaikkea.

- Pitkään ajateltiin, että lähes kaikki selviää tutkimalla DNA-sekvenssiä ja mutaatioita. Nyt ymmärretään, miten geenien aktivoitumista ja hiljentymistä säädellään epigeneettisesti.

- Tiedon organisointi ja muokkaaminen onkin vähintään yhtä tärkeä asia kuin DNA-sekvenssi, joka toimii enemmänkin jonkinlaisena perittynä tietovarastona.

Elintavat ja ympäristö vaikuttavat voimakkaasti geenien toimintaan, ja niiden aikaansaamat haittavaikutukset on liitetty moniin iän myötä lisääntyviin kansantauteihin, kuten syöpään, diabetekseen ja sydän- ja verisuonitauteihin.

- Samalla kun tietoisuus epigenetiikasta leviää, lisääntyy myös jokaisen vastuu omasta ja jälkeläisten terveydestä, Nyström kiteyttää.

Epigeneettinen profilointi tulossa syöpädiagnostiikkaan

Epigeneettisiä biomarkkereita käytetään jo nykyisin syövän diagnostiikassa ja hoidossa. Metylaatiotutkimus otetaan osaksi tutkimuspatteristoa, kun uusi paksuolisyöpätapaus tulee tietoon.

- Paksusuolisyövän tutkimuksessa MLH-1-geenin metylaation olemassaolo tai puuttuminen luokittelee kasvaimet ennusteen ja hoidon kannalta erilaisiin ryhmiin, kertoo Helsingin yliopiston biolääketieteellisen syöpätutkimuksen professori Päivi Peltomäki.

Kasvainten geneettisen profiloinnin rinnalle on tulossa entistä enemmän mukaan epigeneettinen profilointi, kun määritellään ennuste- ja lääkeherkkyystekijöitä. Rutiinikäytössä menetelmät eivät vielä ole.

- Metylaatiomuutosten aikaansaamiseksi DNA:lle pitää tehdä ensin bisulfiittikäsittely. Sitten voidaan käyttää samantapaisia jatkotutkimusmenetelmiä kuin geneettiseen tutkimukseen, joko sekvensointi- tai mikrosirupohjaisia.

Peltomäen mukaan tutkimusten haasteena on ollut epigeneettisten muutosten riippuvaisuus siitä, mistä solusta ja kudostyypistä puhutaan ja millaisessa ympäristössä yksilö on elänyt. Epigeneettiset muutokset kun elävät jatkuvasti.

Epigenetiikka voi olla mukana syövän kehityksessä alkaen synnynnäisestä syöpäalttiudesta syövän myöhäisvaiheeseen saakka, koska epigenetiikka vaikuttaa geenin säätelyyn.

- Huomattava osa geneettisten variaatioiden vaikutuksesta voi välittyä epigeneettisen säätelyjärjestelmän kautta, Peltomäki toteaa.

Nykyään keskustellaan myös siitä, periytyvätkö epigeneettiset muutokset. Peltomäen mukaan periytyvyyttä voi esiintyä jossakin määrin, mutta se on luonteeltaan paljon monimutkaisempaa kuin geneettisissä muutoksissa.