Tartalom
- Epigenetika: meghatározás és áttekintés
- Hogyan működik az epigenetikus módosítás?
- A DNS-hozzáférés epigenetikus korlátozásai
- További epigenetikus hisztonmódosítások
- Az RNS zavarhatja a génexpressziót
- A DNS-metilezés fontos tényező a génexpresszióban
- Epigenetikai példák: Betegségek
- Epigenetikai példák: Viselkedés
A szervezet genetikai információit az organizmusok kromoszómáinak DNS-ébe kódolják, de a munka során más befolyások is vannak. A gént alkotó DNS-szekvenciák lehet, hogy nem aktívak, vagy blokkolhatók. Az organizmusok tulajdonságait a gének határozzák meg, de felhívják, hogy a gének ténylegesen megteremtik-e a kódolt tulajdonságot gén expresszió.
Számos tényező befolyásolhatja a génexpressziót, meghatározva, hogy a gén egyáltalán, vagy néha csak gyengén fejti-e ki jellemzőit. Ha a génexpressziót hormonok vagy enzimek befolyásolják, akkor ezt a folyamatot génszabályozásnak nevezzük.
epigenetics tanulmányozza a génszabályozás molekuláris biológiáját és a többi elemet epigenetikus befolyások a gén expresszióról. Alapvetően minden olyan befolyás, amely módosítja a DNS-szekvenciák hatását a DNS-kód megváltoztatása nélkül, az epigenetika tárgya.
Epigenetika: meghatározás és áttekintés
epigenetics az a folyamat, amelyen keresztül befolyásolják a szervezetek DNS - ében található genetikai utasításokat nem genetikai tényezők. Az epigenetikus folyamatok elsődleges módszere a génexpresszió szabályozása. Néhány kontrollmechanizmus átmeneti, de mások tartósabbak, és ezek révén örökölhetők epigenetikus öröklődés.
Egy gén úgy fejezi ki magát, hogy másolatot készít önmagáról, és a másolatot beviszi a sejtbe, hogy előállítsa a DNS-szekvenciáiban kódolt fehérjét. A fehérje, önmagában vagy más fehérjékkel kombinálva, egy specifikus organizmusra jellemző. Ha a gén gátolja a fehérjetermelést, akkor a szervezet jellemzői nem jelennek meg.
Az epigenetika azt vizsgálja, hogyan lehet gátolni a fehérjetermelését, és hogyan lehet újra bekapcsolni, ha blokkolja. A sok közül epigenetikus mechanizmusok amelyek befolyásolhatják a génexpressziót, a következők:
Az epigenetika azt vizsgálja, hogyan expresszálódnak a gének, mi befolyásolja ezek expresszióját, és a géneket irányító mechanizmusokat. Megvizsgálja a genetikai réteg feletti befolyási réteget és azt, hogy ez a réteg hogyan határozza meg epigenetikus változások hogyan néz ki egy szervezet és hogyan viselkedik.
Hogyan működik az epigenetikus módosítás?
Bár a szervezetben minden sejt azonos genommal rendelkezik, a sejtek különböző funkciókat töltnek be, a génük szabályozásának függvényében. Organizmus szintjén az organizmusok azonos genetikai kóddal rendelkezhetnek, de másképp néznek ki és viselkednek. Például emberek esetében az azonos ikreknek ugyanaz az emberi genomja van, ám attól függően, és kissé eltérően fognak kinézni és viselkedni epigenetikus változások.
Az ilyen epigenetikus hatások sokféle belső és külső tényezőtől függően változhatnak, beleértve a következőket:
Ezek mindegyike lehet epigenetikai tényező, amely elősegíti vagy megzavarja a sejtek gén expresszióját. Ilyen epigenetikus kontroll egy másik módja a génexpresszió szabályozására az alapul szolgáló genetikai kód megváltoztatása nélkül.
Mindegyik esetben megváltozik az általános génexpresszió. A belső és a külső tényezők szükségesek a gén expressziójához, vagy blokkolhatják az egyik fázist. Ha nincs olyan tényező, mint például a fehérjetermeléshez szükséges enzim, a fehérje nem termelődik.
Ha blokkoló tényező van jelen, akkor a megfelelő gén expressziós szakaszban a vidám funkció és a releváns gén expressziója blokkolva van. Az epigenetika azt jelenti, hogy egy tulajdonság, amelyet egy gén DNS-szekvenciái kódolnak, előfordulhat, hogy nem jelenik meg a szervezetben.
A DNS-hozzáférés epigenetikus korlátozásai
A genomot vékony, hosszú DNS-szekvenciák molekuláiban kódolják, amelyeket szorosan meg kell tekerni egy bonyolult kromatin szerkezetben, hogy illeszkedjenek az apró sejtmagokba.
A gén expressziójához a DNS-t egy a transzkripciós mechanizmus. A DNS kettős spirál azon része, amely az expresszálandó gént tartalmazza, kissé meg van tekercselve, és egy RNS-molekula másolatot készít a gént alkotó DNS-szekvenciákból.
A DNS-molekulákat speciális fehérjék körül tekercselik, az úgynevezett hisztonokat. A hisztonokat úgy lehet megváltoztatni, hogy a DNS-t többé-kevésbé szorosan megtekerjék.
Ilyen hiszton módosítások Ennek eredményeként a DNS-molekulák olyan szorosan megrongálódhatnak, hogy a speciális enzimekből és aminosavakból álló transzkripciós mechanizmus nem érheti el a lemásolni kívánt gént. A génhez való hozzáférés korlátozása hisztonmódosítással a gén epigenetikus irányítását eredményezi.
További epigenetikus hisztonmódosítások
A génekhez való hozzáférés korlátozása mellett a hisztonfehérjék megváltoztathatók, hogy többé-kevésbé szorosan kötődjenek a kromatinszerkezetben körülöttük kerülő DNS-molekulákhoz. Az ilyen hisztonmódosítások befolyásolják a transzkripciós mechanizmust, amelynek célja az expresszálandó gének RNS-másolatának elkészítése.
A gén expresszióját ilyen módon befolyásoló hisztonmódosítások a következők:
Amikor a hisztonokat megváltoztatják a kötés fokozása érdekében, egy adott gén genetikai kódját átírják, és a gént nem fejezik ki. Ha a kötődés csökken, több genetikai másolat készíthető, vagy könnyebben elkészíthető. A specifikus gént ezután egyre inkább expresszálják kódolt fehérje.
Az RNS zavarhatja a génexpressziót
Miután a gén DNS-szekvenciáit egy RNS szekvencia, az RNS molekula elhagyja a magot. A genetikai szekvenciában kódolt fehérjét riboszómáknak nevezett kissejtes gyárak állítják elő.
A műveleti lánc a következő:
Az RNS-molekula két fő funkciója a transzkripció és a transzláció. A DNS-szekvenciák másolására és átvitelére használt RNS-en kívül a sejtek is termelhetnek interferencia RNS vagy ÍRNA. Ezek az úgynevezett RNS-szekvenciák rövid szálai nem kódoló RNS mert nem tartalmaznak olyan szekvenciákat, amelyek géneket kódolnak.
Feladata, hogy megzavarja a transzkripciót és a transzlációt, csökkentve a gén expresszióját. Ilyen módon az iRNS epigenetikus hatású.
A DNS-metilezés fontos tényező a génexpresszióban
A DNS-metilezés során az enzimek hívtak DNS metil-transzferázok csatolja a metilcsoportokat a DNS-molekulákhoz. A gén aktiválásához és a transzkripciós folyamat elindításához egy fehérjének hozzá kell kötődnie a kezdethez közeli DNS-molekulához. A metilcsoportokat azon a helyen helyezik el, ahol egy transzkripciós fehérje általában kapcsolódik, ezáltal blokkolja a transzkripciós funkciót.
Amikor a sejtek megosztódnak, a sejtek genomjának DNS-szekvenciáit az úgynevezett eljárásban lemásoljuk DNS replikáció. Ugyanezt a folyamatot használják sperma- és petesejtek létrehozására magasabb szervezetekben.
A gén expresszióját szabályozó számos tényező elveszik, amikor a DNS-t lemásolják, de a DNS-metilezési minták nagy része megismétlődik a másolt DNS-molekulákban. Ez azt jelenti, hogy a gén expressziójának szabályozása a A DNS-metilezés örökölhető annak ellenére, hogy a mögöttes DNS-szekvenciák változatlanok maradnak.
Mivel a DNS-metilezés reagál az epigenetikus tényezőkre, mint például a környezet, az étrend, a vegyi anyagok, a stressz, a szennyezés, az életmód megválasztása és a sugárzás, az ilyen tényezőknek való kitettségből származó epigenetikus reakciók öröklődhetnek a DNS-metilezés révén. Ez azt jelenti, hogy a genealógiai befolyásokon kívül az egyént a szülők viselkedése és azok a környezeti tényezők is alakítják, amelyeknek ki vannak téve.
Epigenetikai példák: Betegségek
A sejteknek olyan géneik vannak, amelyek elősegítik a sejtosztódást, valamint olyan gének, amelyek elnyomják a sejtek gyors, ellenőrizetlen növekedését, például a daganatokban. A tumorok növekedését okozó géneket nevezzük onkogének és azokat, amelyek megakadályozzák a daganatokat, nevezik tumor szuppresszor gének.
Az emberi rákot az onkogének fokozott expressziója és a tumorszuppresszor gének blokkolt expressziója okozhatja. Ha az e gén expressziónak megfelelő DNS-metilezési mintázat öröklődik, az utódok fokozottan hajlamosak a rákra.
Abban az esetben colorectalis rák, a hibás DNS-metilezési minta átadható a szülõktõl az utódoknak. Egy 1983-as tanulmány és A. Feinberg és B. Vogelstein tanulmánya szerint a vastagbélrákos betegek DNS-metilezési mintázata megnövekedett metilációt és a daganatszupresszor gének blokkolását mutatta az onkogének csökkent metilezésével.
Az epigenetika is felhasználható segítségre genetikai betegségek kezelésére. A Fragile X-szindrómában hiányzik egy olyan X-kromoszóma-gén, amely kulcsfontosságú szabályozó fehérjét termel. A fehérje hiánya azt jelenti, hogy a szellemi fejlődést gátló BRD4 fehérje feleslegben, ellenőrizetlenül termelődik. A BRD4 expresszióját gátló gyógyszerek felhasználhatók a betegség kezelésére.
Epigenetikai példák: Viselkedés
Az epigenetika nagy befolyással van a betegségre, de befolyásolhatja más organizmus tulajdonságait, például viselkedését is.
Michael Meany egy, a McGill Egyetemen végzett 1988. évi tanulmányban megfigyelte, hogy azok a patkányok, akiknek anyái nyalásukkal és figyelemmel kísérik őket, nyugodt felnőttekké alakulnak. Azok a patkányok, akiknek anyái figyelmen kívül hagyták őket, szorongó felnőttekké váltak. Az agyszövet elemzése kimutatta, hogy az anyák viselkedése változásokat okozott a az agysejtek metilezése a baba patkányokban. A patkány utódok különbségei az epigenetikus hatások következményei voltak.
Más tanulmányok az éhínség hatását vizsgálták. Amikor az anyák terhesség alatt éhínségnek voltak kitéve, mint például Hollandiában 1944-ben és 1945-ben, gyermekeiknél nagyobb az elhízás és koszorúér betegség előfordulási gyakorisága, mint az éhínségnek nem kitett anyáknál. A magasabb kockázatokat az inzulinszerű növekedési faktort előállító gén csökkent metilációja okozta. Ilyen epigenetikus hatások több generáción keresztül is örökölhető.
A viselkedésnek a szülektől a gyermekekért és azután átvihető hatásai a következők lehetnek:
Ezek a hatások az utódoknak átadott DNS-metilezés változásainak következményei, de ha ezek a tényezők megváltoztathatják a szülők DNS-metilezését, akkor a gyermekek által megtapasztalható tényezők megváltoztathatják saját DNS-metilezését. A genetikai kóddal ellentétben a gyermekek DNS-metilezését megváltoztathatja a későbbi életkor viselkedése és környezeti expozíciója.
Ha a DNS metilációját befolyásolja a viselkedés, akkor a metiljelek a DNS-en, ahol a metilcsoportok kapcsolódhatnak, megváltozhatnak és befolyásolhatják a gén expresszióját. Bár a génexpresszióval foglalkozó tanulmányok sok évvel ezelőtt készültek, csak az utóbbi időben kapcsolódnak az eredmények a az epigenetikai kutatások növekvő volumene. Ez a kutatás azt mutatja, hogy az epigenetika szerepe ugyanolyan erős hatással lehet a szervezetekre, mint az alapjául szolgáló genetikai kód.