Најдобриот пример вклучува ефект ...
Науката откри во дваесеттиот век дека биолошките информации се складираат и репродуцираат во форма на ДНК. Но, на живите организми влијаат и голем број механизми кои влијаат на начинот на изразување на гените. Епигенетиката ги проучува овие механизми.
Решавање на мистеријата
Првите идеи за епигенетските механизми се појавија во научната заедница во 1970-тите и 1980-тите. Повеќето вклучени хемиски промени во случај на ДНК или во случај на протеини вклучени во нејзиното пакување. Некои од овие хемиски ознаки или етикети ја промовираат генетската активност, што значи дека овозможуваат производство на протеин на ген, додека други имаат спротивен ефект, оневозможувајќи ја активноста на генот.
Главните методи за контрола на активноста на гените би требало да се изведуваат со помош на фактори на транскрипција, протеини кои се лепат на дел од ДНК близу до ген, познат како контролен регион, за да го активираат или деактивираат. Епигенетските промени се чини дека се комплементарни на активноста на факторите на транскрипција.
Првиот откриен пример беше ДНК метилација, која вклучува мала хемиска поддиница, наречена метил група, која се додава во ДНК. Познато е дека „буквите“ од ДНК-кодот се состојат од 4 типа азотни бази: аденин, цитозин, гванин и тимин. Неколку децении знаевме дека ДНК содржи и мали количини на петта база, метилиран цитозин, но дури во доцните 1970-ти стана можно да се мапира местото на геномот каде се појави оваа изменета база.
Се појави неверојатна шема: ДНК метилација се јавува во поголемиот дел од геномот, но обично е јасно отсутен од контролните региони на гените. Важно е, кога контролниот регион е метилиран, генот не може да се активира и се смета дека е замолчен (процес на замолчување на изразување на ген).
Метилација на контролен регион на ген се користи, на пример, за замолчување на еден од Х-хромозомите кај женките и за да се осигури дека гените вклучени во формирањето на сперматозоиди и јајце клетки се инактивирани во остатокот од телото. Подеднакво важни, обрасците на метилација на ДНК се копираат кога ДНК се реплицира и на тој начин се пренесува од матичните клетки до ќерките кога ќе се подели клетката. Оваа способност да се пренесува од клетка до клетка помага да се објасни зошто генетското замолчување од епигенетските фактори е толку стабилно со текот на времето.
Оттука и името епигенетика?
Епигенетиката е млада наука, па дури и значењето на зборот „епигенетика“ сè уште е предмет на дебата. Заедничко гледиште е дека се однесува на промени што можат да се наследат од една клетка и кои не вклучуваат промени во ДНК секвенцата. Акцентот на наследството подразбира дека, покрај хемиските промени во ДНК или протеините вклучени во нејзиното пакување, оваа идеја се однесува и на РНК секвенците кои активираат или деактивираат ген, па дури и на факторите на транскрипција. Може да бидат вклучени дури и наследни феномени кои немаат никаква врска со ДНК, како што се само-реплицирачки приони.
Алтернативна дефиниција се фокусира на хемиските промени во ДНК и протеините вклучени во нејзиното пакување, наследна или не.
Дискусиите за дефиниции може да траат на неодредено време. На крајот на краиштата, не треба да се грижиме премногу за тоа како се нарекуваат овие биолошки процеси. Она што навистина ни треба е да знаеме како овие сложени системи комуницираат за да влијаат на активноста на геномот.
Откритие
Необична вистина се појави во 20 век и изразува дека биолошките информации се складираат, читаат и репродуцираат во форма на ДНК. Нашите гени може да се замислат како пакети со информации напишани во форма на азотни базни секвенци кои кодираат протеини кои ги извршуваат функциите неопходни за живот.
Терминот "епигенетика" се однесува на широк спектар на молекуларни механизми кои влијаат на активноста на генот. Епигенетските „прекинувачи“ активираат или деактивираат ген. Тие произведуваат трајни ефекти кои можат да опстојуваат по поделбата на клетките, а понекогаш дури и по сексуалната репродукција. Проектот на човечкиот геном, дури и да беше толку амбициозен, се покажа како само почеток на авантура за разбирање на биолошкиот модел на живот. Нашите очи сега се свртуваат кон епигеномот.
Првите индиции
Во текот на 1950-тите години, огромна група принципи кои опфаќаа како животните упатства се кодираат и се пренесуваат од генерација на генерација, започнаа да се појавуваат од областа на науката за обука наречена генетика. А сепак, наследноста не изгледаше секогаш како да ги следи правилата. На пример, ефектите на генот за контрола на семето во пченката се чинеше дека исчезнуваат на моменти, за повторно да се појават во подоцнежните генерации. Како се случи овој изглед и исчезнување на влијанието на генот?
Подоцна во истата деценија, нешто слично беше откриено кај животните, феномен што овој пат вклучуваше сексуални хромозоми. Кај цицачите, мажите имаат Х-хромозом и Y-хромозом, додека жените имаат два X-хромозома.За да се избегне двојна доза на X-хромозомски гени кај жените, по случаен избор се избира по еден X-хромозом од секоја клетка на ембрионот. и е трајно оневозможена. Процесот на инактивација на хромозомот Х се јавува рано во развојот на фетусот и стабилно се пренесува за време на неколку поделби на клетките, заедно со развојот на фетусот.
Овој процес е илустриран од женски мачки од желка (мачки со крзно од различни бои), во кој ген што ја кодира бојата на крзното е присутен на хромозомот Х. Нивните карактеристични области на крзно со различни бои се резултат на области на епителни клетки кои ги деактивирале едните или другите свои Х-хромозоми.
Неколку очигледна верзија на замолчување на гените, позната како „печатење“, беше откриена неколку години подоцна. Гените се присутни во двоен број во секоја клетка на телото - по еден од двајцата родители. Некои гени, сепак, се однесуваат поинаку во зависност од родителот од кој потекнуваат.
Класичен пример е генот одговорен за сигналната молекула наречена IGF2 или инсулин-стимулирачки фактор на раст 2, кој го промовира развојот на фетусот. Генот IGF2 од таткото е активиран, додека оној од мајката е трајно деактивиран.
Овој „принт“ се чини дека има еволутивна смисла, татковците се позаинтересирани да имаат поголеми деца - мајката треба да добие повеќе ако ги зачува своите ресурси за идните деца. Но, како може генот да „знае“ дека е наследен од неговата мајка или татко?
На почетокот на осумдесеттите години од минатиот век, научниците почнаа да веруваат дека овие, како и други необични откритија, биле дел од модел и всушност може да бидат аспекти на истиот феномен. Секое од нив вклучува постојани промени во генската активност кои не вклучуваат мутации во самата ДНК секвенца.
ДНК е сè уште целосно присутна, но дел од тоа некако е запрено да функционира нормално со влијание кое делува надвор од генетиката, па оттука и терминот „епигенетика“.
Еден од најконтроверзните аспекти на епигенетиката е способноста на околината да влијае на нашите тела и однесување, наместо на гените. Сепак, имајте на ум дека повеќето откриени епигенетски механизми до денес реагираат на ограничувања што се внатрешни за телото, а не надворешни, вклучувајќи инактивација на хромозом Х, печатење гени и регулирање на генската експресија за време на нашето престојување во матката. Всушност, постојат неодамнешни докази дека главната детерминанта на моделите на рана метилација на ДНК е самата ДНК секвенца - што сугерира дека нашите гени на крајот го имаат последниот збор.
Во некои случаи, медиумот беше одговорен за влијание врз моделите на метилација на ДНК. Најдобар пример вклучува ефект на диета врз еден вид глушец со невообичаена боја наречена агути. Нормално, пилињата од овој тип глувци имаат боја на крзно што варира од жолта до темно кафеава, благодарение на генот „агути“. Но, ако бремената мајка се храни со диета богата со одредени витамини и аминокиселини кои се богати со метил групи, таа раѓа многу потемни кафеави пилиња.
Големата чувствителност на генот „агути“ на метилација се должи на соседните „транспозони“; ова се кратки ДНК секвенци кои можат да се најдат по случаен избор распоредени низ нашиот геном. Кога степенот на метилација е низок, транспосонот става во движење необични нивоа на агути, што доведува до појава на жолти глувци. Вештачкото зголемување на степенот на метилација, од друга страна, ги деактивира транспосоните, што доведува до појава на кафеави глувци. Додека диетата богата со метил произведува скромно зголемување на степенот на ДНК метилација низ геномот, се чини дека само транспозонот во близина на агути е преосетлив на ова зголемување.
Значи, дали манифестациите во животната средина можат да влијаат на генетските системи во поприроден амбиент? Знаеме дека условите присутни за време на бременоста, вклучително и мајчината исхрана, имаат долгорочни последици по здравјето на потомството до зрелоста. На пример, луѓето чии мајки биле неухранети за време на бременоста, најверојатно страдаат од срцеви заболувања и дијабетес кога ќе станат возрасни. Епигенетските механизми може да играат улога во овој случај, иако доказите добиени до денес се неубедливи.
Некои веруваат дека ваквите ефекти се еволутивно прилагодливи; метаболизмот на потомството е подготвен за свет во кој постоењето е тешко, а вишокот калории мора да се складира. Се разбира, ако се покаже дека постоењето е лесно, овој процес би станал контрапродуктивен.
Во неверојатен пример, младенчињата стаорци кои се запоставени од нивните мајки во гнездото во зрелоста, стануваат срамежливи и исплашени возрасни. Постојат докази дека тоа се постигнува со ДНК метилација во случај на ген одговорен за реакцијата на стресот.
Се смета дека метилацијата го „забавува“ генот, што доведува до трајна вознемиреност. Според теоријата на еволутивна прилагодливост, овој процес ги подготвува глувците за тешка околина, зголемувајќи ја нивната одбивност за ризик.
Можеби дури и поконтроверзно, една студија сугерираше слични длабоки ефекти кај луѓето. Овој заклучок беше донесен поради постмртните анализи на жртвите на самоубиство, кои биле злоупотребени во детството. Авторите ја предложија идејата дека злоупотребата го зголемува степенот на метилација на генот за реакција на човечки стрес, а со тоа доведува до несакани ефекти доживотно. Сепак, студијата беше мала и ефектите беа прилично слаби, па затоа е сè уште рано да се извлечат дефинитивни заклучоци.
Горенаведениот текст е превод на написот инстант-експерт-епигенетика, објавен од Scу Саентиенст. Scientia.ro е единствениот субјект одговорен за можни грешки во преводот, Reed Business Information Ltd и New Scientist не преземаат никаква одговорност во врска со ова.
Превод: Александру Хучупану
Можете да коментирате користејќи ја сметката на страницата, од ФБ, Твитер или Гугл или како посетител (без регистрација). За посетителите, коментарите се умерени (одобрени од администраторот).