Trauma Holocaustu: czy jest dziedziczona epigenetycznie?

Choć więc wiadomo, że istnieją środowiskowe modyfikacje epigenetyczne genów, a także, że przekazywane są przez dwa lub więcej pokolenia, nie jest to częste zjawisko i nie są podstawą jakiejkolwiek adaptacji, która wyewoluowała w organizmach. I nie mogą być, ponieważ ewolucyjne zmiany genetyczne muszą być przekazywane trwale. Środowiskowo spowodowane zmiany DNA, ponieważ znikają po jednym do trzech pokoleń, nie mogą być w zasadzie odpowiedzialne za ewolucję adaptacyjną. Ponadto, mapowanie genów powodujących adaptacje w ramach jednego gatunku i między gatunkami pokazuje, że w rzeczywistości są one nieodmiennie spowodowane zamianą samych zasad DNA, nie zaś epigenetycznymi modyfikacjami genów przez środowisko.

Mimo nietrwałości spowodowanych środowiskiem zmian epigenetycznych i braku dowodów, że biorą one udział w jakiejkolwiek ewolucji adaptacyjnej, ludzie nadal biją w tamtamy epigenetyki. Epigenetyka jest bowiem rodzajem „dziedziczenia lamarkowskiego” i gdyby środowisko naprawdę mogło powodować adaptacyjne zmiany DNA, które byłyby dziedziczone permanentnie, to byłaby to neo-neo-darwinowska forma ewolucji: spowodowałaby – zależnie od jej częstotliwości – olbrzymią zmianę w naszym rozumieniu tego, jak działa ewolucja. (Sam Darwin sugerował taki rodzaj dziedziczenia lamarkowskiego w O powstawaniu gatunków, ale eksperymenty pokazały, że był w błędzie.)

Teraz jednak nowy artykuł w „Biological Psychiatry” autorstwa Rachel Yehuda i in. (odnośnik poniżej) wydaje się pokazywać nie tylko dziedziczenie epigenetyczne u ludzi spowodowane wpływami środowiskowymi, ale że tym wpływem środowiskowym był Holocaust, który wywołał traumę. Trauma, jak twierdzą ci badacze, spowodowała metylację zasady DNA w genie związanym z reakcją na stres, FK506-binding-protein-5, czyli FKBP5. W porównaniu z grupą kontrolną (Europejczykami, których nie uznaje się za ocalonych z Holocaustu), ci dorośli, którzy przeżyli Holocaust mieli więcej metylacji na jednej zasadzie DNA w tym genie – ale nie na dwóch innych badanych zasadach. Ponadto różnica między grupą kontrolną a poddanymi „eksperymentowi” trwała w następnym pokoleniu: potomstwo ocalonych miało znacznie niższą metylację w tym samym miejscu niż potomstwo grupy kontrolnej (ludzi, którzy żyli podczas wojny, ale nie doświadczyli Holocaustu).

Autorzy bardzo ostrożnie formułują swoje stanowisko, jak piszą w streszczeniu: 

Jest to pierwsze pokazanie transmisji do dziecka traumy rodzicielskiej, która zaszła przed jego poczęciem, związanej ze zmianami epigenetycznymi w obu pokoleniach, co dostarcza potencjalnego zrozumienia tego, jak poważna trauma psychologiczna może mieć skutki międzypokoleniowe.                                                                                

Inni nie byli tak ostrożni, szczególnie dziennikarze piszący o nauce, którzy albo nie czytali artykułu, albo zabrakło im wiedzy, by go ocenić. Sprawdźcie, na przykład, ten artykuł w “Guardianie”. Jego autorka, Helen Thompson, wydaje się kompletnie nieświadoma wielu problemów z tym badaniem i nie przedstawia żadnych zastrzeżeń. Jest to przykład złego informowania o nauce. Tutaj inny bezkrytyczny artykuł w “Scientific American”.

Nie będę zagłębiał się w szczegóły metod i wyników Yehudy i in., ale podam główne wyniki i kilka problemów, jakie Matthew Cobb i ja znaleźliśmy.  

Artykuł Yehudy i in. nawiązuje do wcześniejszej pracy Torstena Klengela i in. (odnośnik i link poniżej) pokazującego, że w próbce Afroamerykanów osoby klasyfikowane jako te, które przeżyły traumę, wykazywały obniżenie metylacji w kilku miejscach na genie FKBP5, związanym z reakcją na stres. Ta demetylacja była skojarzona ze wzrostem transkrypcji (procesu tworzenia mRNA a następnie białka), co samo było związane ze zmianami w układzie reakcji na stres, prowadząc przypuszczalnie do wzrostu zaburzeń psychiatrycznych u dzieci, które doświadczyły traumy.

Yehuda z zespołem badała trzy miejsca na FKBP5, wszystkie na intronie 7, związane w poprzednim badaniu z demetylacją. To, co odkryli, pokazane jest poniżej („osoby, które przeżyły Holocaust” na czerwono, „grupa kontrolna” na biało; rodzice na lewo [A]; potomstwo na prawo [B]). Jak widać po gwiazdkach, które oznaczają istotność statystyczną, jedno miejsce (Bin 3, miejsce 6) pokazuje istotnie wyższy stopień metylacji u rodziców, którzy przeżyli Holocaust, w stosunku do grupy kontrolnej, podczas gdy to samo miejsce u potomstwa pokazuje niższy stopień metylacji u potomków ocalonych z Holocaustu niż potomków grupy kontrolnej. Nie ma żadnej różnicy w pozostałych dwóch badanych miejscach (jedno obejmuje dwa nukleotydy, drugie trzy nukleotydy; patrz poniżej).

• Niska liczebność próby.  W rzeczywistości, skrajnie niski rozmiar próby: 32 ocalonych z Holocaustu i 22 ich dorosłych potomków, i tylko 8 rodziców i 9 potomków w grupie kontrolnej. Choć wyniki w tym jednym miejscu są istotne, są one ledwo istotne, z wartościami p między 0,03 a 0,046 (0,05 jest granicą). Zdaję sobie sprawę z tego, że trudno jest znaleźć takie osoby (większość ocalonych z Holocaustu już nie żyje), ale to powinno zostać powtórzone na większej próbie lub z (jak to proponują autorzy) innymi rodzajami traumy.

• Wielkość próby nie jest konsekwentna w artykule. Jak napisał do mnie Matthew: “Dalsze pomieszanie powodują dane o wielkości próby – na rys. 4 n par = 10 (grupa kontrolna) i 23 (grupa Holocaustu), ale na rys. 2A/B grupa kontrolna n = 8 (rodzice) i 9 (potomstwo), podczas gdy w grupie Holocaustu było 29 rodziców i 22 potomstwa. Jak mogą mieć 23 pary w grupie Holocaustu, skoro mają tylko 22 potomków?”

• Grupa, która doświadczyła Holocaustu, niekoniecznie obejmowała osoby po przeżyciu równej traumy. Artykuł podaje kryteria: “Ocaleni z Holocaustu byli definiowani jako ci, którzy byli w nazistowskim obozie koncentracyjnym, byli świadkami lub sami doświadczyli tortur, lub musieli uciekać i ukrywać się podczas II wojny światowej. Demograficznie porównywalna grupa kontrolna żyła poza Europą podczas II wojny światowej”. Jak wiele było osób, które musiały uciekać lub ukrywać się, a jak wiele tych, które były w obozach  i jak wiele tych, które były świadkami lub same doznały tortur? Tych danych brak. Można by uznać, że ci, którzy uciekli z Europy, przeżyli mniejszą traumę niż ci, którzy byli w obozach koncentracyjnych.

• Najważniejsze z mojego punktu widzenia: stopień metylacji w porównaniu do grupy kontrolnej idzie w odwróconym stosunku między rodzicami, którzy doświadczyli Holocaustu, i ich potomkami. To jest, podniesiony (i przypuszczalnie spowodowany środowiskowo) stopień metylacji u rodziców jest dziedziczony jako zredukowana metylacja u potomków. Nie tak ma podobno działać dziedziczenie epigenetyczne: zmiany genetyczne rodziców mają przechodzić niezmienione na dzieci. Jeśli środowisko powoduje trwałą epigenetyczną zmianę genu (szczególnie w teorii o dziedziczeniu neo-lamarkowskim), to każda adaptacja musi opierać się na tej samej zmianie przekazanej potomstwu. Autorzy zdają sobie sprawę z tego problemu i próbują obejść go proponując, że „hipermetylacja” u rodziców powoduje obniżenie poziomu hormonów glikokortysteroidowych (hormonu związanego ze stresem) we krwi podczas ciąży, to zaś powoduje “hipometylację” w DNA potomstwa. Nazywają to „międzypokoleniowym akomodacjonizmem biologicznym”, co jest wymyślnym określeniem na „nieoczekiwane skutki odwrotne”. Nie jest jasne, w jaki sposób może to być adaptacyjne.

Dane są zbite w dziwaczny sposób. Widziano istotną różnicę tylko w jednym nukleotydzie (wykres powyżej), podczas gdy nieistotne różnice występowały w grupach 2-3 nukleotydów zbitych razem. Dlaczego to zrobili? Jak napisał do mnie Matthew:

Połączenie jest w Bin, które są kolumnami na obu wykresach. Bin 1 pokazuje % metylacji dla 2 CG miejsc. Bin 2 pokazuje % metylacji dla 3 CG miejsc. Bin 3 pokazuje % metylacji dla tylko *jednego* CG miejsca. Bin 3 jest także jedynym, który pokazuje istotną różnicę między grupą kontrolną a ocalonymi z Holocaustu/potomkami.

Hipotezą zerową byłoby, że jest to tylko losowy szum – jednym sposobem przetestowania tego byłoby zobaczenie, czy podobne efekty w pojedynczych miejscach widać dla miejsc 1, 2, 3, 4 i 5 *osobno* zamiast zbijać je razem, jak to zrobiono na rys. 2A i 2B. Biorąc pod uwagę, że tylko miejsce 6 zostało związane z efektami stresu, muszą pokazać, że jest jedynym, które pokazuje ten efekt. Gdyby inne poszczególne miejsca wykazywały istotne różnice, podważyłoby to ich hipotezę.

Przy tak małych próbach i ledwie istotnych efektach, chciałoby się zobaczyć te pojedyncze miejsca, by być pewnym, że efekt ogranicza się do miejsca 6.

• Autorzy nie znają mechanizmu transmisji epigenetycznej. Klasyczną drogą jest, że DNA w jajeczkach i plemnikach zostaje zmieniony przez środowisko, a potem ta zmiana przechodzi bezpośrednio na potomstwo. Nie może tak być w tym wypadku, ponieważ zaszła odwrotna zmiana między rodzicem a potomstwem. Innym sposobem, który sugerują autorzy, jest, że środowiskowa modyfikacja DNA powoduje zmiany w biochemii lub fizjologii matki w sposób, który wpływa na DNA płodu. Choć nadal jest to rodzaj dziedziczenia, nie jest on szczególnie niezawodny, biorąc pod uwagę kaprysy fizjologii. Bezpośrednia transmisja przez komórki zarodkowe jest pewniejsza i uczyniłaby modyfikację epigenetyczną bardziej prawdopodobnym sposobem powodowania trwałych zmian w DNA. Na to nie wygląda w tym badaniu.  

• Wydaje się, że jest trochę niekonsekwencji także w tej negatywnej korelacji między stopniem metylacji między rodzicami i potomstwem w Bin 6, miejsce 3. Negatywna korelacji i rys. powyżej pokazują negatywny związek: w porównaniu do grupy kontrolnej rodzice, którzy przeżyli Holocaust, są hipermetylowani, podczas gdy potomstwo jest hipometylowane. Niemniej rys. poniżej pokazuje pozytywną korelację, przynajmniej między parami z doświadczeniem Holocaustu, dla metylacji w dokładnie tym samym miejscu. Jest możliwe, że czegoś nie zrozumiałem, ale bardzo to jest dezorientujące!  

• Nie jestem przekonany, że autorzy całkowicie wykluczyli wpływy środowiskowe w wychowaniu dzieci, wpływy, które same mogły powodować hipometylację genów.Choć autorzy wyeliminowali możliwość PTSD lub traumy u potomków przez poddanie ich testom psychologicznym i pokazanie, że wyniki nie wyjaśniają korelacji między hipermetylowanymi genami rodzicielskim a hipometylowanymi genami potomstwa, mogły tam być bardziej subtelne wpływy, które nie były testowane. Nadal jest to rodzaj „dziedziczenia”, ale jest to dziedziczenie kulturowe, nie zaś bezpośrednie dziedziczenie genetyczne. Przypomina hipotezę „środowiska biochemicznego” użytą przez autorów do wyjaśnienia negatywnej korelacji dla metylacji; być może jest tam także jednak wpływ „środowiska kulturowego”. Dla wykluczenia tego musielibyśmy zabrać dzieci od ich biologicznych rodziców bezpośrednio po urodzeniu i wychować je w środowisku innej „traumy” lub losowo przydzielić je do środowisk. Oczywiście, jest to nieetyczne i niemożliwe do przeprowadzenia z ludźmi, chociaż możemy to zrobić ze zwierzętami laboratoryjnymi, takimi jak muszki owocowe i myszy. Bez takich eksperymentów trudno jest wykluczyć subtelne i niewykrywalne wpływy kulturowe, co wpłynęłoby na to, jak oceniamy ten rodzaj “dziedziczenia”.

• Wreszcie, nie ma danych, czy te różnice w metylacji, hiper- lub hipo -, przetrwały poza pokolenie rodzice-dzieci. Aby miały znaczenie w wyjaśnieniu adaptacji ewolucyjnej, takie zmiany muszą trwać pokolenie za pokoleniem, bez końca. Tego nie wiadomo w tym badaniu, ani nie widziano tego w żadnym znanym przypadku lamarkowskiego “dziedziczenia epigenetycznego”.

Wyciągam z tego wniosek, że choć artykuł jest ciekawy i prowokacyjny, cierpi z powodu olbrzymich problemów, które poddają w wątpliwość przedstawione w nim wnioski. Pracę trzeba powtórzyć, najlepiej przy użyciu innych traumatycznych wydarzeń (z których są liczniejsi ocaleni) i z pewnością z użyciem większych prób. Artykuł jest intrygujący, ale z pewnością nie upoważnia do patrzenia na to jak na prawdziwy przypadek epigenetycznie wywołanego dziedziczenia z powodu traumy, a tym mniej do rewizji tego, jak myślimy o ewolucji. (Uwaga: autorzy nie twierdzą, że ten rodzaj dziedziczenia odgrywa rolę w ewolucji; zrobili to inni.)

_______

Yehuda, R. et al. 2015.  Holocaust exposure induced intergenerational effects on FKBP5 methylation. Biological Psychiatry, in press, http://dx.doi.org/10.1016/j.biopsych.2015.08.005

Klengel, T. et al. 2013.  Allele-specific FKBP5 DNA demethylation mediates gene-childhood trauma interactions. Nature Neurosci. 2013 Jan;16(1):33-41. doi: 10.1038/nn.3275. Epub 2012 Dec 2.

Holocaust trauma: is it epigenetically inherited

Why Evolution Is True, 24 sierpnia 2015

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska