Gene interacties
In het beschouwen van etnische identiteit en gezondheid, kunnen genen relevant zijn in twee brede betekenissen. Ten eerste, de genenpools van verschillende etnische groepen kunnen verschillende frequenties van allelen bevatten op sommige loci die relevant zijn voor de gezondheidsstatus of voor ziekteprocessen. Dergelijke verschillen op zichzelf zijn echter waarschijnlijk geen verklaring voor brede en doordringende gezondheidsverschillen tussen sociaal geïdentificeerde raciale en etnische groepen.
Ten tweede kan het fenotype dat voortvloeit uit een bepaald genotype verschillen tussen etnische groepen door interacties met omgevingsfactoren. Het milieu wordt in deze context gedefinieerd door uitsluiting, als alle invloeden die niet in het DNA gecodeerd zijn. Het omvat dus alle andere factoren die in hoofdstuk 2 zijn genoemd, waaronder prenatale effecten, voedingsinvloeden, de preventieve gevolgen van gezondheidszorg, groepsdruk, opleidingsniveau, religieus onderricht, toxines in huizen en in de lucht en het water, beroepsrisico’s, stress op het werk, en blootstelling aan infectieuze agentia, naast vele, vele andere.
Er is veel bekend over de etiologische betekenis van een breed scala van dergelijke omgevingsfactoren; er is ook veel bekend over de invloed van belangrijke genen en van polygene systemen. Conceptueel wordt de mogelijkheid van interacties binnen en tussen deze twee brede domeinen reeds lang erkend. Om verschillende redenen is het onderzoek naar de nadruk op en de karakterisering van deze interacties minder goed ontwikkeld dan zou kunnen worden verwacht. Hun implicaties voor gezondheidsverschillen zijn nog niet bekend, hoewel de verzamelde literatuur, zowel van onderzoek bij mensen als van diermodellen, aanzienlijk is. Hier worden slechts enkele voorbeelden genoemd, maar zij moeten de grote complexiteit en kracht en de soms verbazingwekkende subtiliteit van deze interacties illustreren.
Bij de mens is de interactie tussen twee belangrijke genen betrokken bij de etiologie van het grote en ontluikende gezondheidsprobleem van de ziekte van Alzheimer. Drie verschillende allelen – ε2, ε3 en ε4 – zijn beschreven op de apoE locus op chromosoom 19. In het algemeen is het bezit van één ε4-allel geassocieerd met een verhoogd risico op het ontwikkelen van de ziekte van Alzheimer, en het bezit van twee allelen geeft een groter risico dan het bezit van één allel. Dit laatste resultaat is echter afhankelijk van het genotype op een andere locus, ACT. Bij het ene genotype op die locus is er geen verschil in risico tussen het hebben van één of twee ε4-allelen op de apoE-locus; bij een ander ACT-genotype is het risico enigszins verhoogd; en bij het derde is het verschil in risico tussen één en twee ε4-allelen vijf keer zo groot. Het is duidelijk dat het bij het beschouwen van verschillen in allelfrequentie in verschillende populaties nodig kan zijn zich bezig te houden met dyaden, triaden, of grotere verzamelingen van loci.
Een klassieke studie met diermodellen die aantoont dat het effect van verschillende genotypen op een belangrijke locus kan worden gewijzigd door de polygene achtergrond van het organisme is het werk van Coleman en Hummel (1975). Twee exemplaren van een bepaald allel op een specifieke locus leiden in het algemeen tot een of andere manifestatie van diabetes bij muizen, maar bij twee verschillende maar verwante stammen zijn de resulterende syndromen opvallend verschillend, met tweevoudige verschillen in bloedglucosespiegels en lichaamsgewicht, grote verschillen in levensduur, en hypertrofie van de eilandjes bij de ene stam en atrofie bij de andere.
Misschien is de prototypische illustratie van de interactie tussen polygenen en het milieu die van Cooper en Zubek (1958), die het leervermogen voor doolhoven maten van twee rattenlijnen die werden gekweekt onder omgevingsomstandigheden die verschilden in de verscheidenheid van prikkels die de dieren konden ervaren. De twee stammen waren selectief gefokt op doolhofprestaties (Heron, 1935); de resulterende “doolhof-heldere” en “doolhof-domme” lijnen verschilden opvallend in het aantal fouten dat werd begaan bij het leren van het doolhofpatroon, en, bij sterke gevolgtrekking, in termen van allelische configuraties op een onbekend aantal polygene loci die relevant zijn voor doolhofprestaties. De resultaten van differentiële fok waren dat de heldere ratten niet profiteerden van verrijking, maar de doffe wel; de doffe ratten werden niet ongunstig beïnvloed door verarming, maar de heldere wel. Talrijke andere studies hebben soortgelijke differentiële reacties in een verscheidenheid van fenotypen aangetoond op omgevingsmanipulaties door groepen muizen of ratten van verschillende genotypen.
Een ander treffend recent voorbeeld van gen-omgeving interactie wordt geleverd door de studie van kwantitatieve trait loci (QTLs) die de levensduur bij Drosophila vliegen beïnvloeden. QTLs zijn loci die tot op heden anoniem blijven, maar waarvan de chromosomale locaties bij benadering bekend zijn. Vieira et al. (2000) zochten naar bewijs voor het effect van dergelijke loci op de levensduur onder vijf verschillende milieuomstandigheden voor de kweek. Het buitengewone resultaat was dat 17 QTL’s werden geïdentificeerd, maar geen daarvan was relevant voor alle milieus. Sommige werkten slechts bij één geslacht en in één milieu; andere werkten bij beide geslachten in een specifiek milieu, maar hetzelfde allel werd geassocieerd met een langer leven bij het ene geslacht en een korter leven bij het andere; weer andere werkten bij één geslacht in twee milieus, maar hetzelfde allel werd geassocieerd met een langer leven in het ene milieu en een korter leven in het andere. Alle genetische variantie was betrokken bij genotype x geslacht interacties, genotype x omgeving interacties, of beide.
In het algemene domein van de coactie van genen en omgevingsfactoren, zijn er verschillende lijnen van onderzoek die overtuigend aantonen dat omgevingen niet alleen in statistische zin kunnen interageren met genetische factoren, maar ook daadwerkelijk kunnen beïnvloeden welke genen tot expressie worden gebracht. In een overgesimplificeerde verklaring: sommige omgevingen kunnen genen aan- en uitzetten. Bepaalde subdomeinen van dit onderzoek zijn van bijzonder potentieel belang voor het huidige onderwerp, dat handelt over de effecten van stress van diverse soorten op genexpressie. Bijvoorbeeld, een uitgebreide literatuur (samengevat, bijvoorbeeld door Hoffman en Parsons, 1991) beschrijft waarnemingen die suggereren dat stressvolle omgevingen vaak de erfelijkheidsgraad – de proportie van fenotypische variatie die toe te schrijven is aan de collectieve invloed van een polygeen systeem – van een grote verscheidenheid van fenotypes in een brede waaier van organismen verhogen. Een groot aantal gegevens over specifieke genen heeft betrekking op de “heat-shock”-proteïnen die in Drosophila worden geproduceerd na blootstelling aan een omgeving met hoge temperatuur. Deze eiwitten blijken andere eiwitten in het organisme te beschermen tegen beschadiging of vernietiging door de stressvolle omgeving. Een voorbeeld van zoogdieren is de toename van het niveau van specifieke RNA’s in de bijnieren van ratten na immobilisatiestress (McMahon et al., 1992). Bio-gedragsmatige invloeden worden duidelijk geïmpliceerd door een studie die aantoont dat klassieke Pavlov-conditionering – het koppelen van een voetschok aan een auditieve stimulus – ertoe kan leiden dat een voordien neutraal kenmerk van de omgeving het vermogen verwerft om een stress-gerelateerde expressie van een bepaald mRNA in bepaalde delen van de hersenen van ratten op te wekken (Smith e.a., 1992). Deze lijnen van onderzoek zijn misschien bijzonder relevant voor hypothesen betreffende de rol van discriminatiestress, zoals die van Thayer en Friedman (2004).