Obsah
- Epigenetika: Definícia a prehľad
- Ako funguje epigenetická modifikácia
- Epigenetické obmedzenia prístupu k DNA
- Dodatočné modifikácie epigenetického histónu
- RNA môže interferovať s expresiou génu
- DNA metylácia je hlavným faktorom v génovej expresii
- Príklady epigenetiky: Choroby
- Príklady epigenetiky: Správanie
Genetická informácia pre organizmus je kódovaná v DNA chromozómov organizmu, ale v práci sú aj iné vplyvy. Sekvencie DNA tvoriace gén nemusia byť aktívne alebo môžu byť blokované. Charakteristiky organizmov sa určujú podľa génov, ale nazýva sa to, či gény skutočne vytvárajú kódovanú charakteristiku génová expresia.
Expresia génov môže ovplyvniť veľa faktorov, ktoré určujú, či gén produkuje svoju charakteristiku vôbec alebo niekedy iba slabo. Ak je génová expresia ovplyvnená hormónmi alebo enzýmami, tento proces sa nazýva génová regulácia.
Epigenetics študuje molekulárnu biológiu génovej regulácie a ďalšie epigenetické vplyvy o génovej expresii. V podstate akýkoľvek vplyv, ktorý modifikuje účinok DNA sekvencií bez zmeny kódu DNA, je predmetom epigenetiky.
Epigenetika: Definícia a prehľad
Epigenetics je proces, prostredníctvom ktorého sú ovplyvňované genetické pokyny obsiahnuté v DNA organizmov negenetické faktory, Primárnou metódou epigenetických procesov je kontrola génovej expresie. Niektoré kontrolné mechanizmy sú dočasné, iné sú stále a môžu sa zdediť prostredníctvom epigenetická dedičnosť.
Gén sa exprimuje tak, že sa vytvorí jeho kópia a kópia sa prenesie do bunky, čím sa získa proteín kódovaný v jeho DNA sekvenciách. Proteín, buď samotný alebo v kombinácii s inými proteínmi, vytvára špecifickú vlastnosť organizmu. Ak je gén blokovaný v produkcii proteínu, charakteristika organizmu sa neobjaví.
Epigenetika skúma, ako môže byť gén blokovaný v produkcii jeho proteínu, a ako môže byť znovu zapnutý, ak je blokovaný. Medzi mnohými epigenetické mechanizmy ktoré môžu ovplyvniť génovú expresiu, sú nasledujúce:
Epigenetika skúma, ako sa gény exprimujú, čo ovplyvňuje ich expresiu a mechanizmy, ktoré kontrolujú gény. Zameriava sa na vrstvu vplyvu nad genetickou vrstvou a na to, ako táto vrstva určuje epigenetické zmeny v čom organizmus vyzerá a ako sa správa.
Ako funguje epigenetická modifikácia
Aj keď všetky bunky v organizme majú rovnaký genóm, bunky prijímajú rôzne funkcie založené na tom, ako regulujú svoje gény. Na úrovni organizmu môžu mať organizmy rovnaký genetický kód, ale vyzerajú a správajú sa odlišne. Napríklad v prípade ľudí majú identické dvojčatá rovnaký ľudský genóm, ale budú sa správať a správať trochu inak, v závislosti od epigenetické zmeny.
Takéto epigenetické účinky sa môžu líšiť v závislosti od mnohých vnútorných a vonkajších faktorov, vrátane nasledujúcich:
Každý z nich môže byť epigenetickým faktorom, ktorý podporuje alebo narušuje génovú expresiu v bunkách. taký epigenetická kontrola je ďalší spôsob regulácie génovej expresie bez zmeny základného genetického kódu.
V každom prípade sa celková génová expresia mení. Vnútorné a vonkajšie faktory sú potrebné na génovú expresiu alebo môžu blokovať jedno zo štádií. Ak chýba požadovaný faktor, ako je napríklad enzým potrebný na produkciu proteínu, proteín sa nemôže vyrobiť.
Ak je prítomný blokujúci faktor, funkcia prevýšenia génovej fázy nemôže fungovať a expresia príslušného génu je blokovaná. Epigenetika znamená, že znak, ktorý je kódovaný v sekvenciách DNA génu, sa nemusí v organizme objaviť.
Epigenetické obmedzenia prístupu k DNA
Genom je kódovaný v tenkých dlhých molekulách DNA sekvencií, ktoré musia byť pevne navinuté do komplikovanej chromatínovej štruktúry, aby sa zmestili do malých jadier buniek.
Na expresiu génu sa DNA skopíruje prostredníctvom a mechanizmus transkripcie, Časť dvojitej špirály DNA, ktorá obsahuje gén, ktorý sa má exprimovať, sa mierne rozvinie a molekula RNA vytvorí kópiu sekvencií DNA tvoriacich gén.
Molekuly DNA sa navíjajú okolo špeciálnych proteínov nazývaných históny. Históny sa môžu meniť tak, že sa DNA navíja viac alebo menej pevne.
taký histónové modifikácie môže mať za následok to, že sa molekuly DNA navinú tak pevne, že transkripčný mechanizmus tvorený špeciálnymi enzýmami a aminokyselinami nemôže dosiahnuť gén, ktorý sa má kopírovať. Obmedzenie prístupu k génu prostredníctvom modifikácie histónu vedie k epigenetickej kontrole génu.
Dodatočné modifikácie epigenetického histónu
Okrem obmedzenia prístupu k génom môžu byť histónové proteíny zmenené tak, že sa viažu viac alebo menej pevne na molekuly DNA navinuté okolo nich v chromatínovej štruktúre. Takéto modifikácie histónu ovplyvňujú transkripčný mechanizmus, ktorého funkciou je vytvoriť kópiu génov, ktoré sa majú exprimovať, RNA.
Medzi histónové modifikácie, ktoré týmto spôsobom ovplyvňujú génovú expresiu, patria:
Keď sa históny zmenia na zvýšenie väzby, genetický kód pre špecifický gén sa nemôže transkribovať a gén sa neexprimuje. Ak je väzba znížená, je možné vytvoriť viac genetických kópií alebo ich ľahšie vyrobiť. Špecifický gén sa potom exprimuje stále viac a viac z jeho kódovaného proteínu.
RNA môže interferovať s expresiou génu
Po skopírovaní DNA sekvencie génu do RNA sekvencia, RNA molekula opúšťa jadro. Proteín kódovaný v genetickej sekvencii sa môže vyrábať v malých bunkových továrňach nazývaných ribozómy.
Reťazec operácií je nasledujúci:
Dve kľúčové funkcie molekuly RNA sú transkripcia a translácia. Okrem RNA použitej na kopírovanie a prenos DNA sekvencií môžu bunky produkovať interferenčná RNA alebo IRNA, Jedná sa o krátke vlákna nazývané RNA sekvencie nekódujúca RNA pretože nemajú žiadne sekvencie, ktoré kódujú gény.
Ich funkciou je zasahovať do transkripcie a translácie a znižovať génovú expresiu. Týmto spôsobom má iRNA epigenetický účinok.
DNA metylácia je hlavným faktorom v génovej expresii
Počas DNA metylácie sa nazývajú enzýmy DNA metyltransferázy naviazanie metylových skupín na molekuly DNA. Aby sa aktivoval gén a začal sa proces transkripcie, proteín sa musí pripojiť k molekule DNA blízko začiatku. Metylové skupiny sú umiestnené na miestach, na ktoré by sa normálne naviazal transkripčný proteín, a tým blokovali transkripčnú funkciu.
Keď sa bunky delia, DNA sekvencie bunkového genómu sa skopírujú do procesu nazývaného Replikácia DNA, Rovnaký proces sa používa na vytvorenie spermií a vajíčok vo vyšších organizmoch.
Pri kopírovaní DNA sa stráca veľa faktorov, ktoré regulujú génovú expresiu, ale v skopírovaných molekulách DNA sa replikuje veľa vzorcov metylácie DNA. To znamená, že regulácia génovej expresie spôsobená Metylácia DNA sa môže zdediť hoci základné DNA sekvencie zostávajú nezmenené.
Pretože metylácia DNA reaguje na epigenetické faktory, ako je prostredie, strava, chemikálie, stres, znečistenie, výber životného štýlu a žiarenie, epigenetické reakcie z vystavenia takýmto faktorom sa môžu zdediť prostredníctvom metylácie DNA. To znamená, že jednotlivec je okrem genealogických vplyvov formovaný aj správaním rodičov a environmentálnymi faktormi, ktorým boli vystavené.
Príklady epigenetiky: Choroby
Bunky obsahujú gény, ktoré podporujú delenie buniek, ako aj gény, ktoré potláčajú rýchly a nekontrolovaný rast buniek, ako sú napríklad nádory. Nazývajú sa gény, ktoré spôsobujú rast nádorov onkogény a nazývajú sa tie, ktoré bránia nádorom gény potlačujúce nádor.
Ľudské rakoviny môžu byť spôsobené zvýšenou expresiou onkogénov spojenou s blokovanou expresiou nádorových supresorových génov. Ak sa zdedí vzorec metylácie DNA zodpovedajúci tejto génovej expresii, potomstvo môže mať zvýšenú náchylnosť na rakovinu.
V prípade rakovina hrubého čreva a konečníka, chybný vzorec metylácie DNA sa môže preniesť z rodičov na potomkov. Podľa štúdie z roku 1983 a článku A. Feinberga a B. Vogelsteina, metylačná schéma DNA pacientov s kolorektálnym karcinómom ukázala zvýšenú metyláciu a blokovanie tumor supresorových génov so zníženou metyláciou onkogénov.
Epigenetika môže byť tiež použitá na pomoc liečiť genetické choroby, V prípade syndrómu Fragile X chýba gén X-chromozómu, ktorý produkuje kľúčový regulačný proteín. Neprítomnosť proteínu znamená, že proteín BRD4, ktorý inhibuje intelektuálny vývoj, sa produkuje v nadbytku nekontrolovaným spôsobom. Liečivá, ktoré inhibujú expresiu BRD4, sa môžu použiť na liečenie tohto ochorenia.
Príklady epigenetiky: Správanie
Epigenetika má veľký vplyv na ochorenie, ale môže ovplyvniť aj iné vlastnosti organizmu, ako je napríklad správanie.
V štúdii z roku 1988 na McGill University Michael Meany pozoroval, že u potkanov, ktorých matky sa o ne starali lízaním a pozornosťou, sa z nich vyvinuli pokojní dospelí. Potkany, ktorých matky ich ignorovali, sa stali úzkostlivými dospelými. Analýza mozgového tkaniva ukázala, že správanie matiek spôsobilo zmeny v metylácia mozgových buniek u dojčiat. Rozdiely v potomkoch potkanov boli výsledkom epigenetických účinkov.
Ďalšie štúdie skúmali účinok hladu. Keď boli matky počas tehotenstva vystavené hladomoru, ako tomu bolo v Holandsku v rokoch 1944 a 1945, ich deti mali vyšší výskyt obezity a koronárnych chorôb v porovnaní s matkami, ktoré neboli vystavené hladomoru. Vyššie riziká boli zaznamenané pri zníženej metylácii DNA génu produkujúceho inzulínový rastový faktor. taký epigenetické účinky môže byť zdedená po niekoľko generácií.
Účinky správania, ktoré sa môžu prenášať z rodičov na deti a ďalej, môžu zahŕňať:
Tieto účinky sú výsledkom zmien v metylácii DNA, ktoré sa prenášajú na potomstvo, ale ak tieto faktory môžu zmeniť metyláciu DNA u rodičov, faktory, ktoré deti zažívajú, môžu zmeniť svoju vlastnú metyláciu DNA. Na rozdiel od genetického kódu, metylácia DNA u detí môže byť zmenená správaním a expozíciou životného prostredia v neskoršom živote.
Ak je metylácia DNA ovplyvnená chovaním, metylové značky na DNA, na ktoré sa môžu metylové skupiny viazať, sa môžu týmto spôsobom zmeniť a ovplyvniť génovú expresiu. Aj keď mnohé štúdie zaoberajúce sa génovou expresiou sa datujú pred mnohými rokmi, len nedávno sa výsledky spájajú s a rastúci objem epigenetického výskumu, Tento výskum ukazuje, že úloha epigenetiky môže mať taký silný vplyv na organizmy ako základný genetický kód.