Childhood Disrupted- how your biography becomes your biology, and how you can heal

Flipping Crucial Genetic Switches
On an unusually brisk December morning, Margaret McCarthy, PhD, professor
of neuroscience at the University of Maryland School of Medicine, meets me at

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a  downtown  Baltimore  coffee  shop.  Her  schedule  is  tight,  so  we  pick  up  two
cups of soup to go and head to her office.
As we enter the hall that serves as the main artery for McCarthy’s four-room
lab,  we  pass  a  sign  that  says,  “Research  saves  lives,”  on  a  large  photo  of  a
young,  smiling  girl  holding  a  stuffed  bunny.  McCarthy  has  taught  science  for
years to med students, grad students, and even high schoolers—whom she takes
on as lab assistants to help “turn them on to science.”
She offers a primer on what research has unveiled about childhood adversity
and altered brain development.
“Early stress causes changes in the brain that reset the immune system so that
either you no longer respond to stress or you respond in an exacerbated way and
can’t shut off that stress response,” she says.
This change to our lifelong stress response happens through a process known
as  epigenetics.  Epigenetic  changes  occur  when  early  environmental  influences
both  good  (nurturing  caregivers,  a  healthy  diet,  clean  air  and  water)  and  bad
(stressful  conditions,  poor  diet,  infections,  or  harmful  chemicals)  permanently
alter which genes become active in the body.
These  epigenetic  shifts  take  place  due  to  a  process  called  gene  methylation.
McCarthy  explains,  “Our  DNA  is  not  just  sitting  there.  It’s  wrapped  up  very
tightly  and  coated  in  protected  proteins,  which  together  make  up  the
chromosome. It doesn’t matter what your genome is; what matters is how your
genome is expressed. And for genes to be expressed properly, the chromosome
has to be unwound and opened up, like a flower, right at that particular gene.”
McCarthy unfurls the fingers of both hands. “Imagine this,” she says. “You’re
watching a flower bloom, and as it opens up, it’s covered with blemishes.” She
folds  several  of  her  fingers  back  in,  as  if  they’re  suddenly  unable  to  budge.
“Those  blemishes  keep  it  from  flourishing  as  it  otherwise  would.  If,  when  our
DNA  opens  up,  it’s  covered  with  these  methylation  marks,  that  gene  can’t
express itself properly in the way that it should.”
When  such  “epigenetic  silencing”  occurs,  McCarthy  continues,  these  small
chemical markers—also known as methyl groups—adhere to specific genes that
are  supposed  to  govern  the  activity  of  stress  hormone  receptors  in  our  brain.
These chemical markers silence important genes in the segment of our genome
that  oversees  our  hippocampus’s  regulation  of  stress  hormones  in  adulthood.
When the brain can’t moderate our biological stress response, it goes into a state
of  constant  hyperarousal  and  reactivity.  Inflammatory  hormones  and  chemicals
keep coursing through the body at the slightest provocation.
In other words, when a child is young and his brain is still developing, if he is
repeatedly  thrust  into  a  state  of  fight  or  flight,  this  chronic  stress  state  causes

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these  small,  chemical  markers  to  disable  the  genes  that  regulate  the  stress
response—preventing the brain from properly regulating its response for the rest
of his life.
Researcher  Joan  Kaufman,  PhD,  director  of  the  Child  and  Adolescent
Research and Education (CARE) program at Yale School of Medicine, analyzed
the DNA in the saliva of ninety-six children who’d been taken away from their
parents due to abuse or neglect as well as that of ninety-six other children who
were  living  in  what  we  might  think  of  as  seemingly  happy  family  settings.
Kaufman found significant differences in epigenetic markers in the DNA of the
children  who’d  faced  hardship—in  almost  three  thousand  sites  on  their  DNA,
and on all twenty-three chromosomes.
The children who’d been maltreated and separated from their parents showed
epigenetic  changes  in  specific  sites  on  the  human  genome  that  determine  how
appropriately and effectively they will later respond to life’s stressors.
Seth Pollak, PhD, professor of psychology and director of the Child Emotion
Laboratory  at  the  University  of  Wisconsin,  found  that  fifty  children  with  a
history of adversity and trauma showed changes in a gene that helps to manage
stress by signaling the cortisol response to quiet down so that the body can return
to  a  calm  state  after  a  stressor.  But  because  this  gene  was  damaged,  the  body
couldn’t  rein  in  its  heightened  stress  response.  Says  Pollak,  “A  crucial  set  of
brakes are off.”
This  is  only  one  of  hundreds  of  genes  that  are  altered  when  a  child  faces
adversity.
When the HPA stress axis is overloaded in childhood or the teenage years, it
leads to long-lasting side effects—not just because of the impact stress has on us
at  that  time  in  our  lives,  but  also  because  early  chronic  stress  biologically
reprograms how we will react to stressful events for our entire lives. That long-
term change creates a new physiological set point for how actively our endocrine
and  immune  function  will  churn  out  a  damaging  cocktail  of  stress
neurochemicals that barrage our bodies and cells when we’re thirty, forty, fifty,
and  beyond.  Once  the  stress  system  is  damaged,  we  overrespond  to  stress  and
our  ability  to  recover  naturally  from  that  reactive  response  mode  is  impaired.
We’re always responding.
Imagine  for  a  moment  that  your  body  receives  its  stress  hormones  and
chemicals through an IV drip that’s turned on high when needed, and when the
crisis passes, it’s switched off again. Now think of it this way: kids whose brains
have  undergone  epigenetic  changes  because  of  early  adversity  have  an
inflammation-promoting  drip  of  fight-or-flight  hormones  turned  on  high  every
day—and there is no off switch.

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When the HPA stress system is turned on and revved to go all the time, we are
always  caught  in  that  first  half  of  the  stress  cycle.  We  unwittingly  marinate  in
those inflammatory chemicals for decades, which sets the stage for symptoms to
be at full throttle years down the road—in the form of irritable bowel syndrome,
autoimmune disease, fibromyalgia, chronic fatigue, fibroid tumors, ulcers, heart
disease, migraines, asthma, and cancer.
These changes that make us vulnerable to specific diseases are already evident
in
 childhood. Joan Kaufman and her colleagues discovered, in the first study to
find  such  direct  correlations,  that  children  who  had  been  neglected  showed
significant epigenetic differences “across the entire genome” including in genes
implicated in cardiovascular disease, diabetes, obesity, and cancer.
Yet by the time signs of an autoimmune condition creep up at forty or a heart
condition  rears  its  head  at  fifty,  we  often  can’t  link  what  happened  when  we
were  children  to  our  adult  illness.  We  become  used  to  that  old  sense  of
emotional stress, of not being okay. It just seems normal. We have a long daily
commute, a thirty-year mortgage, and our particular mix of family dynamics. We
generally deal and we’re usually okay. Then something minuscule happens: we
have an argument with our sister over something said at a family dinner; we get
a notice in the mail that our insurance isn’t going to cover a whopping medical
bill; the refrigerator tanks the day before a big dinner party; our boss approves a
colleague’s ideas in a meeting and ignores ours; a car honks long and hard as it
swerves  from  behind  to  cut  in  front  of  us  on  the  freeway.  We  react  to  these
events  as  if  they  are  a  matter  of  life  or  death.  We  trigger  easily.  We  begin  to
realize that we’re not so fine.
An  adult  who  came  of  age  without  experiencing  traumatic  childhood  stress
might meet the same stressor and experience that same spike in cortisol, but once
that stressor has passed, he or she quickly returns to a state of rest and relaxation.
But if we had early trauma, our adult HPA stress axis can’t distinguish between
real  danger  and  perceived  stress.  Each  time  we  get  sidetracked  by  a  stressful
event,  it  sends  split-second  signals  that  cause  our  immune  system  to  rev  into
high  gear.  We  get  that  adrenaline  rush  but  the  genes  that  should  tell  our  stress
system to return to a state of rest and relaxation don’t do their job.
Over days and years, the disparity between a long “cortisol recovery” period
and  a  short  one  makes  a  significant,  life-changing  difference  in  the  number  of
hours we spend marinating in our own inflammatory stress hormones. And over
time, that can deeply distort your life.