Przeskocz do treści
Grupa o badaniu WES
Grupa o badaniu WES
Zaplanuj zdrowie swojego dziecka

Epigenetyka — jak reguluje działanie genów?

Epi­gene­ty­ka to dynam­icznie rozwi­ja­ją­ca się dziedz­i­na, której celem jest znalezie­nie czyn­ników poza gene­ty­cznych, wpły­wa­ją­cych na ekspresję genów. Uważa się, że mody­fikac­je epi­gene­ty­czne to jed­no z najważniejszych odkryć w biologii moleku­larnej, ponieważ poz­woliły zrozu­mieć związek pomiędzy podłożem gene­ty­cznym a czyn­nika­mi środowiskowy­mi. Czym jest epi­gene­ty­ka? Wyjaś­ni­amy poniżej.Epigenetyka

Spis treś­ci:

1. Epi­gene­ty­ka — co to jest?
2. Co to jest epigenetyka?
3. Epi­gene­ty­ka — rodza­je mody­fikacji epigenetycznych
4. Dziedz­icze­nie epi­gene­ty­czne — czym jest?
5. Epi­gene­ty­ka — przykłady

Epigenetyka — co to jest?

Zan­im przy­bliżymy, co to jest epi­gene­ty­ka, wyjaśni­jmy, że ter­min ten pojaw­ił się w his­torii nau­ki dawno temu i kilkukrot­nie zmieni­ał swo­je znacze­nie. Słowo „epi­geneza” uży­to po raz pier­wszy w XVII wieku w dziełach ang­iel­skiego lekarza Willia­ma Har­veya i doty­czyło jed­nej z kon­cepcji roz­wo­ju zar­o­d­kowego. Nato­mi­ast ter­min epi­gene­ty­ka pojaw­ił się w biologii w 1942 roku za sprawą embri­olo­ga Con­ra­da Wadding­tona. Oznaczał pro­cesy roz­wo­jowe, które zachodzą między geno­typem a feno­typem. Nieco później, gdyż pod koniec XX wieku, epi­gene­ty­ka stała się opar­tym na zdefin­iowanych mech­a­niz­mach, dzi­ałem biologii molekularnej.

Co to jest epigenetyka?

Pro­cesy epi­gene­ty­czne to gru­pa mech­a­nizmów reg­u­lacji dzi­ała­nia genów. Funkcjonowanie genów ma charak­ter dynam­iczny. Oznacza to, że więk­szość z nich jest akty­wowana lub hamowana w zależnoś­ci od potrzeb. Już w lat­ach 60. ubiegłego wieku wykazano, że w komórkach bak­terii geny, które kodowały enzymy odpowiada­jące za rozkładanie lak­tozy, są akty­wowane tylko w przy­pad­ku, gdy w poży­w­ce zna­j­du­je się cukier.

Dzię­ki reg­u­lacji dzi­ała­nia genów możli­we jest pow­stawanie różnorod­nych tkanek i narządów, które złożone są z wyspec­jal­i­zowanych komórek. Pro­cesy reg­u­la­cyjne spraw­ia­ją, że w różnych komórkach akty­wowane są różne zestawy genów. Pon­ad­to reg­u­lac­ja dzi­ała­nia genów może odby­wać się na wielu eta­pach ich ekspresji.

Jed­nak nie każdy mech­a­nizm reg­u­lacji dzi­ała­nia genów moż­na uznać za epi­gene­ty­czny. Charak­ter wielu pro­cesów jest dynam­iczny i prze­jś­ciowy. We wcześniej omaw­ianym oper­onie lak­to­zowym, geny akty­wne są tylko do momen­tu, kiedy obec­na jest lak­toza. Gdy jej zabraknie, ekspres­ja jest od razu wyciszana. Czy zatem to przykład epi­gene­ty­ki? Akty­wnoś­ci, które nie są trwałe, nie są przekazy­wane potom­nym komórkom po podziale. Nato­mi­ast za reg­u­lac­je epi­gene­ty­czne uzna­je się zmi­any ekspresji genów, które są na tyle trwałe, że dochodzi do ich przekaza­nia komórkom potom­nym pod­czas podzi­ału. Właśnie tym wyróż­ni­a­ją się spośród innych mech­a­nizmów, które kon­trolu­ją dzi­ałanie genów. Na tej pod­staw­ie moż­na stwierdz­ić, że epi­gene­ty­ka doty­czy reg­u­lacji odczy­ty­wa­nia infor­ma­cji gene­ty­cznej zapisanej w DNA.

Epigenetyka — rodzaje modyfikacji epigenetycznych

Najważniejsze pro­cesy mają związek ze struk­turą chro­matyny, czyli wys­tępu­jącego w jądrze komórek eukar­i­o­ty­cznych kom­plek­su DNA oraz białek, wśród których, głów­na rola przy­pa­da histonom. Na utwor­zony przez histony rdzeń, naw­inię­ty jest łańcuch DNA, tworzą­cy pod­sta­wową struk­turę, którą nazy­wa się nuk­leo­somem. Włók­na chro­matynowe mogą być coraz gęś­ciej upakowywane w struk­tu­ry wyższego rzę­du. Jed­nak, by gen mógł być akty­wny, biał­ka, które są odpowiedzialne za pro­ces tran­skrypcji, czyli syn­tezy RNA, muszą mieć dostęp do DNA, co jest utrud­nione ze wzglę­du na upakowanie chro­matyny. Dlat­ego też stopień upakowa­nia chro­matyny może reg­u­lować akty­wność genów w danym obszarze geno­mu. Takie dzi­ałanie mają właśnie mech­a­nizmy epi­gene­ty­czne. Wyciszanie oznacza kon­den­sację chro­matyny, nato­mi­ast do aktywacji genów dochodzi poprzez jej rozluźnie­nie. Jeden z głównych mech­a­nizmów pro­mu­ją­cych epi­gene­ty­czne wycisze­nie genów to mety­lac­ja DNA. Poza tym znaczną rolę odgry­wa­ją mody­fikac­je his­tonów, gdyż ich acety­lac­ja prowadzi do rozluźnienia chro­matyny, tzn. aktywacji genów. Wpływ innych mody­fikacji na histony uza­leżniony jest od tego, który aminok­was podle­ga modyfikacji.

Dziedziczenie epigenetyczne — czym jest?

Reg­u­lac­ja epi­gene­ty­cz­na ma kluc­zowe znacze­nie dla zróżni­cow­a­nia się komórek pod­czas roz­wo­ju zar­o­d­kowego. Jed­nak nim do tego dojdzie, wzór reg­u­lacji epi­gene­ty­cznej podle­ga zre­se­towa­niu do stanu domyśl­nego. Może się okazać, że reset ten nie obe­jmie pewnych genów. W takim właśnie wypad­ku zachodzi między­pokole­niowe dziedz­icze­nie epi­gene­ty­czne, w którym z rodz­iców na potomst­wo prze­chodzą zmi­any ekspresji genów.

Epigenetyka — przykłady

Sko­ro już wiemy, epi­gene­ty­ka co to jest, przyjrzyjmy się doświad­cze­niu nad między­pokole­niowym dziedz­icze­niem epi­gene­ty­cznym. Był to ekspery­ment na przeprowad­zony na myszach, którego wyni­ki zostały opub­likowane w 2014 roku. Na początku u myszy wyk­sz­tał­cono odruch warunk­owy – były pod­dawane stre­sowi, czyli lekkim wstrzą­som elek­trycznym, przy jed­noczes­nym rozpy­la­niu acetofenonu (związku o charak­terysty­cznym zapachu, akty­wu­ją­cym recep­tor węchowy). Jak zakładano, myszy pod­dane warunk­owa­niu zaczęły reagować stre­sem już na sam zapach acetofenonu, co było wynikiem zwięk­szonej ekspresji genu. Mech­a­nizm, który zwięk­szał ekspresję tego recep­to­ra węchowego, był znanym już mech­a­nizmem epi­gene­ty­cznym, tzn. została zmniejs­zona mety­lac­ja DNA w obrę­bie pro­mo­to­ra genu. Najbardziej zaskaku­ją­cy był fakt, że zwięk­szona ekspres­ja genu oraz wrażli­wość na zapach acetofenonu, pojaw­iła się też u potomst­wa warunk­owanych myszy, mimo że nie było ono pod­dane dzi­ała­niu stre­su czy acetofenonu. Wyko­rzys­tano zapłod­nie­nie in vit­ro i mat­ki zastępcze, by mieć pewność, że nie zaszło tu przekazanie na drodze uczenia się młodych od rodz­iców. Odziedz­ic­zono epi­gene­ty­czną zmi­anę, która pole­gała na zwięk­sze­niu pro­dukcji recep­to­ra kodowanego przez gen.

Epi­gene­ty­ka przykłady zna­j­du­je również wśród badań z udzi­ałem ludzi. Najsłyn­niejszy przykład potwierdza­ją­cy dłu­gotr­wały efekt epi­gene­ty­czny pochodzi z badań nad osoba­mi, których mat­ki pod­czas ciąży cier­pi­ały na stras­zli­wy głód, który oga­r­nął Holandię w 1944 roku. Jeszcze po 60 lat­ach później w orga­niz­mach tych ludzi rozpoz­nano obniżony poziom mety­lacji. Efekt ten wys­tąpił u tych, którzy zostali poczę­ci w okre­sie gło­du bądź tuż przed nim. Nie odno­towano go u tych osób, których ciąża była na zaawan­sowanym etapie. Jed­nak nie doszło tu do prawdzi­wej trans­misji pokole­niowej – mimo że efekt był dłu­gotr­wały, doty­czył tylko tych, którzy byli już pło­da­mi, w cza­sie, gdy ich mat­ki narażone były na głód.

Rate this post
Rate this post

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.

mail