Het epigenoom speelt een belangrijke rol bij veroudering. Het epigenoom bepaalt welke genen worden in- of uitgeschakeld.
Met toenemende leeftijd raakt het epigenoom steeds meer ontregeld, wat ertoe leidt dat genen worden ingeschakeld die uitgeschakeld zouden moeten zijn, zoals kanker- of ontstekingsbevorderende genen. En andersom: veroudering leidt tot genen die uitgeschakeld zouden moeten zijn, zoals reparatie- of huishoudelijke genen.
Al deze activering van verkeerde genen en het uitschakelen van goede, gezonde genen leidt ertoe dat onze cellen minder goed functioneren. Laten we, gezien het belang van het epigenoom in het verouderingsproces, het epigenoom eens nader bekijken.

Wat is het epigenoom?

Het epigenoom bestaat uit drie "lagen" of delen:

Eén manier waarop het epigenoom genen kan uitschakelen is door methylering. Een gen is een onderdeel van ons DNA. Wanneer methylgroepen aan het DNA worden gebonden, wordt een gen uitgeschakeld. Methylgroepen zijn kleine moleculen (bestaande uit één koolstofatoom en drie waterstofatomen). Wanneer een gen bedekt is met veel methylgroepen, kan de cellulaire machinerie (bepaalde eiwitten) dat gen niet meer bereiken om het om te zetten in eiwitten (eiwitten zijn de bouwstenen en machinerie van onze cellen). DNA-methylering kan genen ook inschakelen door een gen of een deel van het DNA te methyleren dat anders een ander gen zou uitschakelen.

Histon

Histonen zijn kleine eiwitbolletjes waar onze DNA-strengen omheen gewikkeld zijn. Net zoals garen op een spoel of draad wordt gewikkeld, zijn histonen de eiwitten waar DNA-strengen omheen worden gewikkeld. Wanneer DNA-strengen strak rond histonen gewikkeld zijn, kunnen de genafleesmachines de genen die deel uitmaken van dat DNA niet bereiken, waardoor die genen effectief het zwijgen wordt opgelegd of worden geïnactiveerd.

Chromatine

Chromatine is al het DNA in onze cel. Zo ziet DNA eruit als je naar de celkern kijkt - de celkern bevat het DNA. Het DNA op chromatineniveau is op een bepaalde manier gecondenseerd (ingepakt). Het kan bijvoorbeeld chromosomen vormen, wat grote structuren van gecondenseerd DNA zijn.

De organisatie van het epigenoom is een indrukwekkende prestatie. De DNA-streng in onze cellen is ongeveer 2 meter lang! Een 2 meter lange DNA-streng moet dus zo gevouwen worden dat hij in een piepkleine celkern past met een diameter van slechts 10 micrometer (een micrometer is een duizendste millimeter).
Maar door het DNA om miljoenen histonen te wikkelen en vervolgens deze histonen en strengen te organiseren, lukt het onze cellen om 2 meter DNA in de piepkleine celkern te stoppen. Bovendien kunnen onze cellen al dit DNA bij elke celdeling met relatief weinig fouten dupliceren, waardoor met elke 2 meter DNA twee nieuwe cellen worden aangemaakt.
Als we het DNA van al onze lichaamscellen (ongeveer 40 miljard cellen) zouden ontrafelen en dit DNA zouden samenvoegen tot één grote streng, zou deze ongeveer 108 miljard kilometer lang zijn, wat twee keer de diameter van ons zonnestelsel is. We bevatten heel veel DNA!
Het epigenoom is van groot belang voor het goed functioneren van onze cellen.
Al onze cellen hebben immers hetzelfde DNA (met uitzondering van de rode bloedcellen, die geen kern met DNA hebben).
Dus hoewel onze cellen allemaal hetzelfde DNA hebben, zijn er ongeveer 200 verschillende celtypen in ons lichaam, zoals spiercellen, neuronen, darmcellen, levercellen, huidcellen enzovoort.
Al deze cellen bevatten hetzelfde DNA of dezelfde set instructies om ongeveer 20.000 verschillende eiwitten te bouwen die de meeste functies van de cel uitvoeren.
Met andere woorden, een levercel is een levercel en geen spier- of zenuwcel, ook al heeft hij hetzelfde DNA en dezelfde genen.
Een levercel is een levercel omdat het epigenoom alle genen uitschakelt die levercellen niet nodig hebben, zoals hartcel- of maaggenen en duizenden andere genen.
Hetzelfde geldt voor andere cellen. Het epigenoom in huidcellen zorgt ervoor dat de huidcelgenen actief zijn, terwijl het epigenoom in hersencellen de hersengerelateerde genen activeert (en de huid-, darm- of levergerelateerde genen uitschakelt).
Het epigenoom bepaalt dus de identiteit van elke cel en dus ook het lot ervan.
Sommige cellen leven immers veel langer dan andere cellen. Hersencellen kunnen bijvoorbeeld net zo lang leven als een mens, dat wil zeggen 80 jaar of meer, terwijl een huidcel maar ongeveer 4 weken leeft. En dat terwijl hersencellen en huidcellen hetzelfde DNA hebben! Het epigenoom bepaalt niet alleen hoe cellen eruit zien, maar ook hun levensduur en lot.

Veroudering en het epigenoom

Gezien de enorme hoeveelheid (strakke) organisatie van het epigenoom, is het niet verwonderlijk dat dit systeem in de loop van ons leven steeds meer uit balans raakt en bijdraagt aan veroudering.
Deze ontregeling van het epigenoom leidt tot de activatie van 'slechte' genen die normaal gesproken uitgeschakeld zouden moeten zijn, zoals kankerbevorderende genen (die het risico op kanker vergroten naarmate we ouder worden), ontstekingsbevorderende genen en andere genen die het goed functioneren van cellen verstoren.
Het tegenovergestelde gebeurt ook: tijdens het ouder worden worden "goede", nuttige genen uitgeschakeld, zoals reparatiegenen, huishoudelijke genen, ontstekingsremmende genen en vele andere genen die onze cellen gezond en jong houden.

DNA-schade en epigenetische ontregeling

Het is mogelijk dat DNA-schade (een andere oorzaak van veroudering) ook epigenetische ontregeling kan veroorzaken.
Wanneer ons DNA beschadigd is, moet het epigenoom de beschadigde DNA-streng ontrafelen zodat eiwitten het DNA kunnen bereiken en repareren. Onthoud dat het meeste DNA opgerold is, dus het moet afgerold of losgemaakt worden zodat verschillende DNA-herstellingseiwitten de beschadigde plek kunnen bereiken en de schade kunnen repareren.
Dit heeft tot gevolg dat het epigenoom minder goed bewaard blijft, omdat de eiwitten die betrokken zijn bij DNA-reparatie ook het epigenoom bewaren. Als deze eiwitten echter bezig zijn met het afwikkelen en repareren van de DNA-schade, kunnen ze het epigenoom niet behouden.
Bovendien keren deze eiwitten die betrokken zijn bij DNA-reparatie (en epigenetisch onderhoud) niet altijd goed terug naar hun vaste plek om het epigenoom goed te onderhouden, wat kan leiden tot verdere achteruitgang van het epigenoom.
In één onderzoek werden muizen genetisch gemanipuleerd om veel dubbelstrengsbreuken (een ernstige vorm van DNA-beschadiging) te hebben. Al hun dubbelstrengsbreuken werden echter snel hersteld. Desondanks verouderden ze veel sneller en zagen ze er veel ouder uit dan normale muizen. En dit ondanks het feit dat ze een "intact", onbeschadigd genoom hadden. De onderzoekers speculeren dat DNA-schade niet direct leidt tot veroudering (het DNA van de muizen is intact), maar dat de epigenetische ontregeling die volgt op DNA-schade hiervoor verantwoordelijk is.
Dit zou ook kunnen verklaren waarom we allemaal 'op dezelfde manier' verouderen, hoewel iedereen mutaties kan hebben in verschillende delen van hun DNA die kunnen leiden tot heel verschillende manieren van verouderen. Het is niet zo dat sommige mensen 200 jaar oud kunnen worden of heel anders verouderen (er bijvoorbeeld extreem jong of oud uitzien voor hun leeftijd). Misschien is het niet zozeer de DNA-schade die belangrijk is voor veroudering, maar de epigenetische gevolgen die deze schade heeft, aangezien grote delen van ons genoom verstoord raken wanneer DNA niet langer goed gevouwen en epigenetisch onderhouden wordt.

Conclusie

Wat de oorzaken ook zijn, epigenoom disfunctie draagt in belangrijke mate bij aan veroudering.
Gelukkig zijn er verschillende stoffen die kunnen helpen om het epigenoom beter te behouden en wetenschappers onderzoeken manieren om het epigenoom te herprogrammeren om het te herstellen naar een jongere, jeugdigere staat.