Epigenetyka
Z Wikipedii
Epigenetyka - badanie dziedziczności pozagenowej. Termin ten w biologii ma dwa bliskoznaczne znaczenia:
- badanie mechanizmów związanych z rozwojem, polegających na powstaniu cech dziedziczonych przez komórki potomne, które nie są związane z mutacjami w DNA. Przykładami procesów epigenetycznych w tym rozumieniu są między innymi:
- stabilne zmiany ekspresji genów w rozwoju lub onkogenezie poprzez mechanizm wyciszenia transkrypcji
- inaktywacja jednej z kopii chromosomu X u samic ssaków
- wyciszenie ekspresji genów w rejonach telomerowych i centromerowych chromosomów.
- badanie dziedziczności pozagenowej, w szczególności cech, które nie są determinowane sekwencją jądrowego DNA. Przykładami procesów epigenetycznych w tym rozumieniu są np.
- zjawisko dziedziczenia związane z obecnością prionów u drożdży
- matczyny efekt na kierunek skrętu muszli u ślimaków
- odziedziczalny wpływ kwasu foliowego na fenotyp mutacji viable yellow determinującej kolor futra u myszy domowej
- odziedziczalna utrata ekspresji genów u nicieni pod wpływem interferencji RNA
- kontrola procesu transpozycji transpozonów i retrotranspozonów poprzez metylację DNA
Czasami dziedziczenie mitochondrialne zalicza się do zjawisk epigenetycznych, ze względu na odziedziczalność cech niezgodną z prawami Mendla i niezależną od genów jądrowych, lecz nie jest szczególnie poprawne, gdyż wiąże się z mutacjami w DNA mitochondrialnym.
Spis treści |
[edytuj] Mechanizm molekularny zjawisk epigenetycznych
Mechanizmy epigenetyki są zróżnicowane, i nie we wszystkich przypadkach wyjaśnione. Niewyjaśnione mechanizmy epigenetyczne należą do najbardziej interesujących, nierozwiązanych, problemów współczesnej biologii. Stabilne, odziedziczalne, wyciszenie ekspresji ma związek z chemicznymi modyfikacjami białek histonowych i DNA.
[edytuj] Metylacja cytozyny
Więcej informacji na ten temat zawarte jest w artykule Metylacja DNA
Przyłączenie grupy metylowej do cytozyny, leży u podłoża trwałego unieczynnienia ekspresji genu. Znakowany w ten sposób obszar przekształca się w heterochromatynę, poprzez przyłączenie białek heterochromatynowych specyficznie rozpoznających metylowany DNA. Odwrócenie tego procesu jest możliwe, lecz trudne. Zachodzi między innymi w procesie transferu jądrowego i jest nazywane reprogramowaniem epigenetycznym.
[edytuj] Posttranslacyjne modyfikacje histonów
Białka histonowe leżą u podstaw wielu procesów dziedziczenia epigenetycznego. Białka te mogą ulegać modyfikacjom posttranslacyjnym polegającym na przyłączeniu różnych dodatkowych cząsteczek lub grup funkcyjnych (takich jak grupa metylowa, acetylowa, fosforanowa, białko ubikwityna) do aminokwasów: lizyny i argininy. Modyfikacje takie mogą być sygnałem dla białek przebudowywujących chromatynę. Chromatyna może być kondensowana (heterochromatynizacja) w miejscu gdzie występuje taka modyfikacja, co zatrzymuje ekspresję genów. Przykładem może być metylacja histonu H3 na dziewiątym aminokwasie (lizyna), która u wielu organizmów powoduje zmniejszenie ekspresji genów. Znane są modyfikacje histonów powodujące rozluźnienie struktury chromatyny i zwiększenie poziomu ekspresji genów. Warto zauważyć, że wpływ modyfikacji posttranslacyjnych histonów na stopień kondensacji chromatyny i ekspresję genów nie zależy tylko od rodzaju modyfikacji (metylacja, acetylacja, fosforylacja itp.), ale także od miejsca wystąpienia takiej modyfikacji na białku histonowym. Metylacja lizyny 9 histonu H3 może powodować zupełnie inny efekt niż metylacja lizyny 4. Jedna cząsteczka histonu może być modyfikowana w wielu miejscach, co dodatkowo utrudnia badania.
[edytuj] Hipoteza kodu histonowego
Badacze zajmujący się wpływem posttranslacyjnych modyfikacji histonów wysunęli hipotezę kodu histonowego, rozumianego jako zespół reguł mówiących o roli konkretnych modyfikacji histonów w regulacji struktury chromatyny i ekspresji genów. Prowadzone są liczne badania nad posttranslacyjnymi modyfikacjami histonów i ich funkcją w dziedziczeniu epigenetycznym, jednak do tej pory nie znaleziono uniwersalnego zespołu zasad który można by nazwać kodem histonowym. Wydaje się, że kod histonowy będzie różny dla różnych organizmów (nie będzie uniwersalny).
[edytuj] Priony drożdżowe
Pewne cechy drożdży, które dziedziczą się w sposób epigenetyczny, są determinowane przez obecność prionów. Przykładami są URE3 będący prionową wersją białka Ure2p, związanego z katabolizmem związków azotowych.
[edytuj] Wymazywanie pamięci epigenetycznej
Najprostszym sposobem na wymazanie tego rodzaju zmian jest po prostu zaprzestanie ich odtwarzania w komórkach potomnych. Mimo tego istnieje kilka mechanizmów aktywnego usuwania modyfikacji chromatyny oraz histonów. Przykładowo istnieje co najmniej kilka enzymów HDAC (deacetylaz histonów), istnieją też enzymy o aktywności demetylaz usuwające grupy metylowe z histonów i DNA (przykładowo taka aktywna demetylacja chromatyny zachodzi podczas wczesnej embriogenezy ssaków. W czasie rozwoju roślin niektóre geny są specyficznie demetylowane przy pomocy glikozylazy DNA DEMETER.
[edytuj] Zaburzenia epigenetyczne u ludzi
Istnieje szeroka gama chorób związanych bezpośrednio lub pośrednio z zaburzeniami natury epigenetycznej. Niektóre choroby nowotworowe są wywołane przez defekty impritingu rodzicielskiego, natomiast arterioskleroza wiąże się z zaburzeniami w różnicowaniu się niektórych komórek mięśni gładkich. Poniższa lista ukazuje przykładowe schorzenia wywołane zaburzeniami epigenetycznymi podczas ontogenezy.
- zespół łamliwego chromosomu X
- zespół Retta
- zespół ICF (powiązany z defektem acetylotransferazy DNA)
- zespół ATR-X (wywołany zaburzeniami w metylacji DNA)
- zespół BWS (uszkodzony zespół impritingowanych genów ojcowskich)
[edytuj] Historia terminu
Termin epigenetyka został zaproponowany przez C.H. Waddingtona na wyjaśnienie mechanizmów różnicowania w rozwoju organizmów w jego teorii pejzażu epigenetycznego. Słowo epigenetyka powstało z połączenia słów epigeneza oraz genetyka.
