Sadržaj
- Epigenetika: definicija i pregled
- Kako djeluje epigenetska modifikacija
- Epigenetska ograničenja pristupa DNK
- Dodatne epigenetske promjene histona
- RNA može ometati ekspresiju gena
- Metilacija DNA je glavni faktor u ekspresiji gena
- Primjeri epigenetike: bolesti
- Primjeri epigenetike: ponašanje
Genetske informacije organizma kodirane su u DNK kromosoma organizma, ali postoje i drugi utjecaji na posao. DNK sekvence koje čine gen možda nisu aktivne ili mogu biti blokirane. Karakteristike organizama određuju se njegovim genima, ali nazivamo li zapravo gene koji stvaraju kodirane karakteristike ekspresija gena.
Mnogi faktori mogu utjecati na ekspresiju gena, određujući da li gen daje svojstvo uopće ili ponekad samo slabo. Kada na ekspresiju gena utječu hormoni ili enzimi, postupak se naziva regulacija gena.
epigenetika proučava molekularnu biologiju regulacije gena i drugo epigenetski utjecaji o ekspresiji gena. U osnovi, svaki utjecaj koji modificira učinak DNK sekvence bez promjene DNK koda predmet je epigenetike.
Epigenetika: definicija i pregled
epigenetika je proces kroz koji utječu genetske upute sadržane u DNK organizama negenetski čimbenici, Primarna metoda za epigenetske procese je kontrola ekspresije gena. Neki mehanizmi kontrole su privremeni, ali drugi su trajniji i mogu se naslijediti putem epigenetsko nasljeđivanje.
Gen se izražava stvarajući kopiju samog sebe i izdajući kopiju u stanicu kako bi se proizveo protein kodiran u svojim DNK sekvencama. Protein, bilo sam ili u kombinaciji s drugim proteinima, stvara specifično svojstvo organizma. Ako je gen blokiran u proizvodnji proteina, karakteristike organizma se neće pojaviti.
Epigenetika gleda kako gen može biti blokiran u proizvodnji proteina i kako ga je moguće ponovo uključiti ako je blokiran. Među mnogim epigenetski mehanizmi koji mogu utjecati na ekspresiju gena su sljedeći:
Epigenetika proučava ekspresiju gena, što utječe na njihovu ekspresiju i mehanizme koji upravljaju genima. Promatra sloj utjecaja iznad genetskog sloja i način na koji se ovaj sloj određuje epigenetske promjene kako izgleda organizam i kako se ponaša.
Kako djeluje epigenetska modifikacija
Iako sve stanice u organizmu imaju isti genom, stanice preuzimaju različite funkcije na temelju načina reguliranja svojih gena. Na razini organizma organizmi mogu imati isti genetski kod, ali izgledaju i ponašaju se drugačije. Na primjer, kod ljudi, identični blizanci imaju isti ljudski genom, ali izgledat će i ponašati se malo drugačije, ovisno o tome epigenetske promjene.
Takvi epigenetski učinci mogu varirati ovisno o mnogim unutarnjim i vanjskim čimbenicima, uključujući sljedeće:
Svako od njih može biti epigenetski čimbenici koji potiču ili ometaju ekspresiju gena u stanicama. takav epigenetska kontrola je još jedan način regulacije ekspresije gena bez promjene temeljnog genetskog koda.
U svakom slučaju se mijenja cjelokupna genska ekspresija. Unutarnji i vanjski čimbenici potrebni su ili za ekspresiju gena ili mogu blokirati jednu od faza. Ako izostane potrebni faktor, poput enzima potrebnog za proizvodnju proteina, ne može se proizvesti protein proteina.
Ako je prisutan blokirajući faktor, funkcija odgovarajuće faze ekspresije gena ne može funkcionirati, a ekspresija gena je blokirana. Epigenetika znači da se svojstvo koje je kodirano u DNK sekvence gena ne može pojaviti u organizmu.
Epigenetska ograničenja pristupa DNK
Genom je kodiran u tanke duge molekule DNA sekvence koje se moraju čvrsto umotati u kompliciranu kromatinsku strukturu da bi se uklopile u sitne ćelijske jezgre.
Da bi se izrazio gen, DNK se kopira preko a transkripcijski mehanizam, Dio dvostruke spirale DNA koji sadrži gen koji se mora eksprimirati lagano je odmotan, a RNA molekula čini kopiju DNA sekvence koja čini gen.
Molekule DNA su namotane oko posebnih proteina koji se nazivaju histoni. Histoni se mogu mijenjati tako da se DNA namata više ili manje čvrsto.
takav histonske modifikacije može rezultirati tako da se molekule DNA namotaju tako čvrsto da mehanizam transkripcije, sastavljen od posebnih enzima i aminokiselina, ne može doprijeti do gena koji treba kopirati. Ograničavanje pristupa genu histonskom modifikacijom rezultira epigenetskom kontrolom gena.
Dodatne epigenetske promjene histona
Pored ograničavanja pristupa genima, histonski proteini mogu se mijenjati tako da se manje ili više čvrsto vežu na molekule DNK, namotane oko njih, u kromatinskoj strukturi. Takve promjene histona utječu na mehanizam transkripcije čija je funkcija napraviti RNA kopiju gena koji se želi eksprimirati.
Histone modifikacije koje na ovaj način utječu na ekspresiju gena uključuju sljedeće:
Kad se histoni promijene da bi se povećalo vezanje, genetski se kod određenog gena ne može prepisati, a gen se ne eksprimira. Kada se vezivanje smanji, može se napraviti više genetskih kopija ili ih se može lakše napraviti. Tada se specifični gen eksprimira sve više i više njegovog kodiranog proteina stvara.
RNA može ometati ekspresiju gena
Nakon što se DNA sekvence gena kopiraju u an RNA slijed, molekula RNA napušta jezgru. Protein kodiran u genetskom slijedu može proizvesti mala tvornica stanica koja se naziva ribosomi.
Lanac operacija je sljedeći:
Dvije ključne funkcije molekule RNA su transkripcija i prevođenje. Pored RNA koja se koristi za kopiranje i prijenos DNK sekvenci, stanice mogu proizvoditi interferencija RNA ili IRNA, To su kratki lanci RNK sekvenci nekodirajuća RNA jer nemaju ni jedan niz koji kodira gene.
Njihova funkcija je da ometaju transkripciju i prevođenje, smanjujući gensku ekspresiju. Na taj način iRNA ima epigenetski učinak.
Metilacija DNA je glavni faktor u ekspresiji gena
Tijekom metilacije DNA, enzimi zvani DNA metiltransferaze vežu metilne skupine na molekule DNA. Da bi se aktivirao gen i pokrenuo proces transkripcije, protein se mora tek na početku spojiti na molekulu DNK. Metilne skupine smještene su na mjesta na kojima bi se normalno vezivao transkripcijski protein, čime blokira funkciju transkripcije.
Kada se stanice podijele, DNK sekvence staničnog genoma kopiraju se u procesu koji se zove Replikacija DNA, Isti se postupak koristi za stvaranje spermija i jajnih stanica u višim organizmima.
Mnogi čimbenici koji reguliraju ekspresiju gena gube se prilikom kopiranja DNK, ali puno se obrazaca metilacije DNA replicira u kopiranim molekulama DNK. To znači da je regulacija ekspresije gena uzrokovana Metilacija DNA može se naslijediti iako temeljni nizovi DNK ostaju nepromijenjeni.
Budući da metilacija DNA reagira na epigenetske čimbenike poput okoliša, prehrane, kemikalija, stresa, zagađenja, načina života i zračenja, epigenetske reakcije izlaganjem takvim čimbenicima mogu se naslijediti metilizacijom DNA. To znači da, pored genealoških utjecaja, pojedinca oblikuje ponašanje roditelja i okolišni čimbenici kojima su bili izloženi.
Primjeri epigenetike: bolesti
Stanice imaju gene koji potiču diobu stanica kao i gene koji suzbijaju brzi, nekontrolirani rast stanica, poput tumora. Zovu se geni koji uzrokuju rast tumora onkogeni a nazivaju se oni koji sprečavaju tumore geni za supresor tumora.
Ljudski karcinom može biti uzrokovan pojačanom ekspresijom onkogena zajedno s blokiranom ekspresijom gena za supresiju tumora. Ako se nasljedi obrazac metilacije DNA koji odgovara ovom genskom izrazu, potomstvo može imati povećanu osjetljivost na rak.
U slučaju Rak debelog crijeva, neispravan obrazac metilacije DNA može se prenijeti s roditelja na potomstvo. Prema studiji iz 1983. i radu A. Feinberga i B. Vogelsteina, obrazac metilacije DNA kolorektalnog karcinoma pokazao je povećanu metilaciju i blokiranje gena za supresiju tumora uz smanjeno metiliranje onkogena.
Za pomoć se može koristiti i epigenetika liječiti genetske bolesti, U Fragile X sindromu nedostaje X-kromosomski gen koji proizvodi ključni regulatorni protein. Odsustvo proteina znači da se BRD4 protein, koji inhibira intelektualni razvoj, proizvodi u višku nekontrolirano. Lijekovi koji inhibiraju ekspresiju BRD4 mogu se koristiti za liječenje bolesti.
Primjeri epigenetike: ponašanje
Epigenetika ima veliki utjecaj na bolest, ali može utjecati i na druge osobine organizma kao što je ponašanje.
U studiji na Sveučilištu McGill iz 1988., Michael Meany je primijetio da su se štakori čije su majke brinule o njima ližući ih i obraćajući pažnju razvijale u mirne odrasle osobe. Štakore koje su ih majke ignorirale postale su anksiozne odrasle osobe. Analiza moždanog tkiva pokazala je da je ponašanje majki uzrokovalo promjene u metilacija moždanih stanica kod beba štakora. Razlike u potomstvu štakora rezultat su epigenetskih učinaka.
Druga su istraživanja proučavala učinak gladi. Kada su majke bile izložene gladi tijekom trudnoće, kao što je to bio slučaj u Nizozemskoj 1944. i 1945., njihova je djeca imala veću učestalost pretilosti i koronarne bolesti u usporedbi s majkama koje nisu bile izložene gladi. Veći rizici praćeni su smanjenom metilacijom DNA gena koji stvara inzulinski faktor rasta. takav epigenetski učinci može se naslijediti tijekom nekoliko generacija.
Učinci na ponašanje koje se s roditelja mogu prenijeti na djecu i nadalje mogu uključivati sljedeće:
Ovi učinci rezultat su promjena u metilaciji DNA prenesenih na potomstvo, ali ako ti faktori mogu promijeniti metilaciju DNA u roditelja, faktori koje djeca doživljavaju mogu promijeniti vlastitu metilaciju DNA. Za razliku od genetskog koda, metilacija DNA kod djece može se promijeniti ponašanjem i izloženošću okoliša u kasnijoj životnoj dobi.
Kada na metilaciju DNA utječe ponašanje, metilne tragove na DNK gdje se mogu spojiti metilne skupine mogu se mijenjati i utjecati na ekspresiju gena na taj način. Iako mnoge studije koje se bave genskom ekspresijom datiraju prije mnogo godina, rezultati su tek nedavno povezani s sve veći broj epigenetskih istraživanja, Ovo istraživanje pokazuje da uloga epigenetike može imati snažan utjecaj na organizme koliko i genetski kod.