Sisältö
- Epigenetics: Määritelmä ja yleiskatsaus
- Kuinka epigeneettinen muuntaminen toimii
- DNA: n pääsyn epigeneettiset rajoitukset
- Muita epigeneettisiä histonimodifikaatioita
- RNA voi häiritä geeniekspressiota
- DNA-metylaatio on tärkeä tekijä geenien ilmentymisessä
- Epigenetiikkaesimerkit: sairaudet
- Epigenettiset esimerkit: käyttäytyminen
Organismin geneettinen tieto koodataan organismien kromosomien DNA: han, mutta työssä on myös muita vaikutuksia. Geenin muodostavat DNA-sekvenssit eivät ehkä ole aktiivisia tai ne voivat olla tukossa. Organismin ominaisuudet määräytyvät sen geenien perusteella, mutta kutsutaan sitä, luovatko geenit todella koodatun ominaisuuden geeniekspressio.
Monet tekijät voivat vaikuttaa geeniekspressioon, määrittäen tuottaako geeni ominaispiirteensä ollenkaan vai joskus vain heikosti. Kun hormonit tai entsyymit vaikuttavat geeniekspressioon, prosessia kutsutaan geenisäätelyksi.
epigenetiikka tutkii geenien säätelyn molekyylibiologiaa ja muuta epigeneettiset vaikutteet geeniekspressiossa. Periaatteessa mikä tahansa vaikutus, joka muuttaa DNA-sekvenssien vaikutusta muuttamatta DNA-koodia, on epigenetiikan kohde.
Epigenetics: Määritelmä ja yleiskatsaus
epigenetiikka on prosessi, jolla organismien DNA: n sisältämiin geneettisiin ohjeisiin vaikuttaa ei-geneettiset tekijät. Ensisijainen menetelmä epigeneettisiin prosesseihin on geeniekspression hallinta. Jotkut valvontamekanismit ovat väliaikaisia, mutta toiset ovat pysyvämpiä ja ne voidaan periä kautta epigeneettinen perintö.
Geeni ilmaisee itseään tekemällä kopion itsestään ja syöttämällä kopion soluun tuottamaan sen DNA-sekvensseihin koodattua proteiinia. Proteiini, joko yksinään tai yhdessä muiden proteiinien kanssa, tuottaa spesifisen organismiominaisuuden. Jos geenin esto tuottaa proteiinia, organismiominaisuus ei ilmesty.
Epigenetics tarkastelee miten geeni voidaan estää tuottamasta proteiiniaan ja miten se voidaan kytkeä takaisin päälle, jos se estyy. Monien joukossa epigeneettiset mekanismit jotka voivat vaikuttaa geenien ilmentymiseen, ovat seuraavat:
Epigenetiikka tutkii kuinka geenit ilmenevät, mikä vaikuttaa niiden ilmentymiseen ja geenien hallintaa koskevia mekanismeja. Siinä tarkastellaan geneettisen kerroksen yläpuolella olevaa vaikutuskerrosta ja sitä, kuinka tämä kerros määrittelee epigeneettiset muutokset mistä organismi näyttää ja miten se käyttäytyy.
Kuinka epigeneettinen muuntaminen toimii
Vaikka kaikilla organismin soluilla on sama genomi, solut hoitavat erilaisia toimintoja sen perusteella, kuinka ne säätelevät geeninsä. Organismitasolla organismeilla voi olla sama geneettinen koodi, mutta ne näyttävät ja käyttäytyvät eri tavalla. Esimerkiksi ihmisillä, identtisillä kaksosilla on sama ihmisen perimä, mutta ne näyttävät ja käyttäytyvät hieman eri tavalla, riippuen epigeneettiset muutokset.
Tällaiset epigeneettiset vaikutukset voivat vaihdella monien sisäisten ja ulkoisten tekijöiden mukaan, mukaan lukien seuraavat:
Jokainen näistä voi olla epigeneettisiä tekijöitä, jotka edistävät tai häiritsevät geenien ilmentymistä soluissa. sellainen epigeneettinen hallinta on toinen tapa säädellä geeniekspressiota muuttamatta taustalla olevaa geneettistä koodia.
Kummassakin tapauksessa yleinen geeniekspressio muuttuu. Sisäiset ja ulkoiset tekijät vaaditaan joko geenien ilmentymiseen tai ne voivat estää yhden vaiheen. Jos tarvittavaa tekijää, kuten proteiinin tuotantoon tarvittavaa entsyymiä, ei ole, proteiini kallistuu.
Jos estokerroin on läsnä, vastaava geeniekspressiovaiheen kallistuksen toiminta ja relevantin geenin ilmentyminen estetään. Epigenetiikka tarkoittaa, että geenin DNA-sekvensseihin koodattu piirre ei välttämättä esiinny organismissa.
DNA: n pääsyn epigeneettiset rajoitukset
Genomi koodataan ohuissa, pitkissä DNA-sekvenssimolekyyleissä, jotka on käärittävä tiukasti monimutkaisessa kromatiinirakenteessa, jotta ne mahtuisivat pieniin solutuumiin.
Geenin ilmentämiseksi DNA kopioidaan a transkription mekanismi. Osa DNA-kaksoiskierroksesta, joka sisältää ekspressoitavan geenin, kelataan hieman ja RNA-molekyyli tekee kopion geenin muodostavista DNA-sekvensseistä.
DNA-molekyylit kierretään histoneiksi kutsuttujen erityisten proteiinien ympärille. Histonit voidaan muuttaa siten, että DNA haavoittuu enemmän tai vähemmän tiukasti.
sellainen histonimodifikaatiot voi johtaa DNA-molekyylien haavoittumiseen niin tiukasti, että erityisistä entsyymeistä ja aminohapoista koostuva transkriptiomekanismi ei voi päästä kopioitavaan geeniin. Geeniin pääsyn rajoittaminen histonimodifikaatioiden avulla johtaa geenin epigeneettiseen hallintaan.
Muita epigeneettisiä histonimodifikaatioita
Geenien saatavuuden rajoittamisen lisäksi histoniproteiineja voidaan muuttaa sitoutumaan enemmän tai vähemmän tiukasti DNA-molekyyleihin, jotka ovat niiden ympärille haavoittuneet kromatiinirakenteessa. Tällaiset histonimodifikaatiot vaikuttavat transkriptiomekanismiin, jonka tehtävänä on tehdä RNA-kopio ekspressoitavista geeneistä.
Histonimodifikaatioihin, jotka vaikuttavat geenien ilmentymiseen tällä tavoin, kuuluvat seuraavat:
Kun histoneja muutetaan sitoutumisen lisäämiseksi, spesifisen geenin geneettinen koodi transkriptoidaan eikä geeniä ekspressoida. Kun sitoutuminen vähenee, voidaan tehdä enemmän geneettisiä kopioita tai ne voidaan tehdä helpommin. Sitten spesifistä geeniä ekspressoidaan yhä enemmän ja enemmän sen koodatusta proteiinista tuotetaan.
RNA voi häiritä geeniekspressiota
Sen jälkeen kun geenin DNA-sekvenssit on kopioitu RNA-sekvenssi, RNA-molekyyli poistuu ytimestä. Geneettisessä sekvenssissä koodattu proteiini voidaan tuottaa pienisoluisissa tehtaissa, joita kutsutaan ribosomeiksi.
Toimintaketju on seuraava:
RNA-molekyylin kaksi avaintoimintoa ovat transkriptio ja translaatio. DNA-sekvenssien kopiointiin ja siirtoon käytetyn RNA: n lisäksi solut voivat tuottaa häiriö-RNA tai iRNA. Nämä ovat lyhyitä RNA-sekvenssien juosteita, joita kutsutaan ei-koodaava RNA koska niillä ei ole sekvenssejä, jotka koodaavat geenejä.
Niiden tehtävänä on häiritä transkriptiota ja translaatiota vähentämällä geeniekspressiota. Tällä tavalla iRNA: lla on epigeneettinen vaikutus.
DNA-metylaatio on tärkeä tekijä geenien ilmentymisessä
DNA-metyloinnin aikana entsyymit kutsuivat DNA-metyylitransferaasit kiinnitä metyyliryhmät DNA-molekyyleihin. Geenin aktivoimiseksi ja transkriptioprosessin aloittamiseksi proteiinin on liityttävä lähellä aloitusta olevaan DNA-molekyyliin. Metyyliryhmät sijoitetaan paikoihin, joihin transkriptioproteiini normaalisti kiinnittyy, estäen siten transkriptiotoiminnon.
Kun solut jakautuvat, solujen genomin DNA-sekvenssit kopioidaan prosessissa, jota kutsutaan DNA kopiointi. Samaa prosessia käytetään siittiöiden ja munasolujen luomiseen korkeampiin organismeihin.
Monet tekijät, jotka säätelevät geeniekspressiota, menetetään, kun DNA kopioidaan, mutta suuri osa DNA: n metylaatiokaavioista toistuu kopioiduissa DNA-molekyyleissä. Tämä tarkoittaa, että geenien ilmentymisen säätely johtuu DNA-metylaatio voidaan periä vaikka taustalla olevat DNA-sekvenssit pysyvät muuttumattomina.
Koska DNA-metylaatio reagoi epigeneettisiin tekijöihin, kuten ympäristö, ruokavalio, kemikaalit, stressi, pilaantuminen, elämäntapojen valinnat ja säteily, niin sellaisille tekijöille altistumisen epigeneettiset reaktiot voidaan periytyä DNA-metylaatiolla. Tämä tarkoittaa, että genealogisten vaikutusten lisäksi yksilön muotoillaan vanhempien käyttäytyminen ja ympäristötekijät, joille he ovat altistuneet.
Epigenetiikkaesimerkit: sairaudet
Soluissa on geenejä, jotka edistävät solujen jakautumista, samoin kuin geeneissä, jotka tukahduttavat nopean, hallitsemattoman solujen kasvun, kuten kasvaimissa. Geenejä, jotka aiheuttavat kasvainten kasvun, kutsutaan onkogeenejä ja niitä, jotka estävät kasvaimia, kutsutaan tuumorin suppressorigeenit.
Ihmisen syöpä voi johtua onkogeenien lisääntyneestä ekspressiosta yhdistettynä tuumorin suppressorigeenien estettyyn ekspressioon. Jos tätä geeniekspressiota vastaava DNA-metylaatiomalli periytyy, jälkeläisillä voi olla lisääntynyt alttius syöpään.
Siinä tapauksessa että peräsuolen syöpä, virheellinen DNA-metylaatiomalli voi siirtyä vanhemmilta jälkeläisille. Vuonna 1983 tehdyn tutkimuksen ja A. Feinbergin ja B. Vogelsteinin tutkimuksen mukaan kolorektaalisyöpäpotilaiden DNA-metylaatiomalli osoitti lisääntynyttä metylaatiota ja kasvainsuppressorigeenien estämistä vähentämällä onkogeenien metylaatiota.
Epigenetiaa voidaan käyttää myös apuna hoitaa geneettisiä sairauksia. Fragile X -oireyhtymästä puuttuu X-kromosomigeeni, joka tuottaa keskeisen säätelyproteiinin. Proteiinin puuttuminen tarkoittaa, että henkistä kehitystä estävää BRD4-proteiinia tuotetaan ylimääräisesti hallitsemattomasti. Lääkkeitä, jotka estävät BRD4: n ilmentymistä, voidaan käyttää taudin hoitoon.
Epigenettiset esimerkit: käyttäytyminen
Epigenetiikalla on suuri vaikutus sairauteen, mutta se voi vaikuttaa myös muihin organismin piirteisiin, kuten käyttäytymiseen.
McGillin yliopistossa vuonna 1988 tehdyssä tutkimuksessa Michael Meany havaitsi, että rotista, joiden äidit välittivät heitä nuolemalla ja kiinnittämällä huomiota heihin, kehittyi rauhallisia aikuisia. Rotista, joiden äidit sivuuttivat heistä, tuli ahdistuneita aikuisia. Aivokudoksen analyysi osoitti, että äitien käyttäytyminen aiheutti muutoksia aivosolujen metylaatio vauvarotilla. Erot rotan jälkeläisissä olivat seurausta epigeneettisistä vaikutuksista.
Muissa tutkimuksissa on tarkasteltu nälänhätän vaikutuksia. Kun äidit saivat nälänhätä raskauden aikana, kuten Hollannissa vuosina 1944 ja 1945, heidän lapsillaan oli enemmän liikalihavuutta ja sepelvaltimotautia kuin äideillä, jotka eivät olleet nälänhätällä. Suuremmat riskit jäljitettiin insuliinin kaltaista kasvutekijää tuottavan geenin vähentyneestä DNA-metylaatiosta. sellainen epigeneettiset vaikutukset voidaan periä useiden sukupolvien ajan.
Käyttäytymisen vaikutukset, jotka voivat siirtyä vanhemmilta lapsille ja eteenpäin, voivat sisältää seuraavat:
Nämä vaikutukset ovat seurauksia DNA-metylaatiossa tapahtuneista muutoksista, jotka välittyvät jälkeläisille, mutta jos nämä tekijät voivat muuttaa DNA: n metylaatiota vanhemmissa, lasten kokemat tekijät voivat muuttaa omaa DNA-metylaatiotaan. Toisin kuin geneettinen koodi, DNA: n metylaatio lapsissa voi muuttua käyttäytymisen ja ympäristöaltistuksen myöhemmässä elämässä.
Kun käyttäytyminen vaikuttaa DNA: n metylaatioon, DNA: n metyylimerkit, joihin metyyliryhmät voivat kiinnittyä, voivat muuttua ja vaikuttaa geenien ilmentymiseen tällä tavalla. Vaikka monet geenien ilmentymistä käsittelevät tutkimukset ovat peräisin vuosia sitten, vasta viime aikoina tulokset on liitetty a kasvava määrä epigeneettisiä tutkimuksia. Tämä tutkimus osoittaa, että epigenetiikan rooli voi olla yhtä voimakas vaikutus organismeihin kuin taustalla oleva geneettinen koodi.