Všechno se začalo odvíjet od embryonálních kmenových buněk. Obecně jsou kmenové buňky takovou „kádrovou rezervou“ (dnes by asi bylo lépe říci personální rezervou) pro jednotlivé specializované buněčné populace. Udržují se ve stavu, kdy je řada genů pro vykonávání různých specifických funkcí umlčena. Teprve, když je potřeba, zapnou se buď ty nebo ony konkrétní geny a kmenová buňka se promění v ten a nebo onen odvozený buněčný typ. Umlčování právě těchto specializovaných genů má na svědomí několik mechanismů, označovaných společným pojmenováním epigenetické.
Epigenetika zahrnuje všechny vrstvy genetického řízení buňky kromě změn sekvence samotné DNA.
Jednou z epigenetických složek kontroly exprese genů je metylace – navázání metylové skupiny – na cytosiny které se nacházejí v sousedství guaninů. Tyto dvojice bývají označovány zkratkou CpG. Úseky DNA, na kterých je hodně takto metylovaných cytosinů obvykle nejsou přepisovány.
Dalším epigenetickým nástrojem řízení exprese sekvencí DNA je kovalentní navázání acetylové, metylové nebo fosfátové skupiny na proteinové komplexy nukleozómů.
Nukleozómy jsou tvořeny osmi molekulami bazických proteinů histonů, vždy po dvou H2A a H2B a po dvou H3 a H4. Jsou to takové korálky v buněčném jádře, kolem kterých se jako kolem cívky obtáčí dvojvlákno DNA. Vždy dva závity na jeden nukleozóm.
Kulovité histony mají NH2 konce volně vyčnívající mimo klubíčko. Právě na těchto „ocáscích“ se objevují navázané epigenetické značky, v podobě například metylovaných lyzinů. Nejznámější je lyzin 27 histonu H3. Ve formě s kovalentně navázanými třemi metylovými skupinami je jednoznačným signálem „stůj!“ pro přepis DNA na mRNA. Podobně funguje metylová značka na lyzinu 9 histonu H3, zatímco metylace lyzinu 4 tohoto histonu je naopak zeleným světlem pro přepis genů na přilehlé DNA. Velmi často ale není metylován jen jeden lyzin, ale třeba dva, nebo je současně některá aminokyselina na vyčnívajícím konci histonu fosforylována nebo acetylována. Vznikají tak různé kombinace, přičemž každá z nich má svůj více nebo méně pozitivní nebo negativní význam pro přepis DNA.
Bez epigenetických značek je genomová DNA poměrně těsně obtočena kolem histonových proteinů, které nukleozóm tvoří a je tak blokována pro přepis. Naproti tomu v případě dostatečné acetylace histonů se uvolňuje a to opět vede k transkripci genů z této oblasti.
Nádorové buňky se kmenovým buňkám v mnohém podobají. Stejně jako ony jsou dediferencované – tedy v podobě té ještě nijak neovlivněné „personální rezervy“. Mají tudíž celou řadu specializovaných genů umlčenu. Jejich přepis by pro to co dělají – neustálé dělení – nebyl k užitku, spíše by ubíral energii. Jakékoliv přeprogramování ve smyslu zapnutí genů pro diferenciaci a nebo zablokování genů pro překotné dělení by tudíž při boji s nádorovými buňkami mohlo pomoci.
A že mají informace o epigenetickém řízení genové exprese skutečně značný praktický dopad je vidět na tom, že všechny velké farmaceutické firmy realizují rozsáhlé programy vývoje nových léčiv založených na ovlivňování epigenetických procesů.
Dva léky již prošly schvalovacím procesem v USA. Jedná se o látky, které odstraňují metylové skupiny navázané v tomto případě na histony nukleozómu. Decitabin, komerčně pojmenovaný Dacogen a 5-azacitidin, nesoucí komerční název Vidaza mají být používány na léčbu onemocnění krvetvorby, případně leukémie.
Další linii léčebného zásahu představuje valproová kyselina (je reprezentována několika komerčními názvy léků), která inhibuje enzym navazující acetylové skupiny na histony nukleozómu. Efekt takového zásahu se má projevit při léčbě AIDS a také zvýrazněním efektu ozařování při léčbě některých nádorů mozku.
Prakticky přesně opačným směrem, ale přitom ke stejnému cíli, působí inhibitory deacetyláz histonů (HDAC). Díky jejich účinku se znovu aktivují geny, které byly nesprávně umlčeny – vypnuty, jejichž rolí však je bránit nádorovému růstu. Příkladem takového inhibitoru je látka označovaná zkratkou SAHA. Tento preparát prochází v současné době klinickými testy účinku při léčbě celé řady nádorů.
Přímým ovlivněním exprese genů bez epigenetického zprostředkování (alespoň se o něm zatím neví) účinkuje protinádorově další látka – parthenolid. Jedná se o seskviterpen, který se přirozeně vyskytuje v hvězdnicovité rostlině - kopretině Tanacetum parthenium. Již dříve byl používán k léčbě revmatizmu a také migrén. Parthenolid v experimentech blokuje enzym IκB kinázu a tím snižuje účinek nukleárního faktoru (NFκB), který se podílí na přepisu řady genů. Právě některé z nich jsou důležité pro přežívání takzvaných leukemických kmenových buněk. Ty zatím odolávají jinak celkem úspěšné chemoterapii myeloidní leukémie. Leukemické kmenové buňky jsou tak jakousi časovanou bombou, ze které se v řadě případů po čase nemoc obnoví, i když byla vlastně úspěšně vyléčena. Parthenolid tím, že blokuje transkripční fakor κB ničí právě tyto buňky a přitom je šetrný ke všem ostatním.
Zbývá ale vyřešit jeden problém – parthenolid má omezenou rozpustnost a tak zatím není možné dosáhnout jeho dostatečné koncentrace v krvi pacientů. Zdá se ale, že drobná chemická modifikace jeho molekuly rozpustnost zvýší o několik řádů.
Ve všech případech nových léčiv proti rakovině jsou selektivně buďto vypínány nebo zapínány některé geny nebo jejich skupiny. Účinek na různé typy nádorů by tak měl být mnohem cílenější a tedy s větším efektem a menšími vedlejšími účinky.
Diskuze:
