מהי אפיגנטיקה? מפתחות להבנתו

כמה חשוב ה- DNA. הקוד הגנטי הוא עמוד התווך של החיים, שבמקרה של בני אדם מאחסנים את המידע המאפשר לאורגניזם להתפתח בקרב כמעט 20,000 הגנים המרכיבים את הגנום. את כל תאים של אותו גוף יש אותו DNA.

אז איך הם יכולים לפעול אחרת? במקום זאת, איך אחד עֲצָבוֹן האם זה נוירון ולא הפטוציט, אם יש להם אותו DNA? התשובה טמונה באפיגנטיקה.

• מאמר קשור: "גנטיקה והתנהגות: האם גנים מחליטים כיצד אנו פועלים?”

מהי אפיגנטיקה?

למרות שהוא מכיל את המידע, שרשרת החומצות הדאוקסיריבונוקלאיות אינן הכל, שכן יש מרכיב חשוב שהוא הסביבה. כאן מגיע המונח אפיגנטיקה, "על גנטיקה" או "בנוסף לגנטיקה."

ישנם גורמים חיצוניים לקוד הגנטי המווסתים את הביטוי של הגנים השונים, אך תמיד לשמור על רצף ה- DNA שלם. זהו מנגנון שיש לו רלוונטיות שלו: אם כל הגנים היו פעילים בו זמנית זה לא היה דבר טוב, לשם כך יש צורך בשליטה על הביטוי.

המונח אפיגנטיקה הוטבע על ידי הגנטיקאי הסקוטי קונרד האל וודינגטון בשנת 1942 כדי להתייחס ל חקר הקשר של גנים וסביבה.

דרך פשוטה להבין אפיגנזה ניתנה לי על ידי חבר טוב עם הדוגמה הזו: כן אנו חושבים ש- DNA הוא ספריה, גנים הם ספרים, וביטוי גנים הוא ה סַפרָן. אבל הספריות עצמן, האבק, מדפי הספרים, השריפות... כל מה שמונע או עוזר לספרן לגשת לספרים יהיה אפיגנטיקה.

האמת היא ש הגנום האנושי מורכב מיותר מ -20,000 גנים, אך אלה לא תמיד פעילים במקביל. תלוי בסוג התא, באיזה שלב של התפתחות האורגניזם או אפילו בסביבה עצמה בה האדם חי, יהיו כמה גנים פעילים ואחרים לא. נוכחות של קבוצת חלבונים האחראית על בקרת ביטוי גנים ללא לשנות את רצף ה- DNA, כלומר מבלי לגרום למוטציות או טרנסלוקציות, למשל, אפשר זאת.

הכרת האפיגנום

מושג האפיגנום נולד כתוצאה מהופעת האפיגנטיקה, ולא יותר מכל הרכיבים הם חלק מוויסות זה של ביטוי גנים.

בניגוד לגנום, שנשאר יציב ולא משתנה מלידה לגיל זקנה (או כך צריך להיות), האפיגנום הוא דינמי ומשתנה. במהלך ההתפתחות זה משתנה, יכול להיות מושפע מהסביבהוזה לא זהה בהתאם לסוג התא. כדי להשפיע על הסביבה, זה נראה כי צורכת טַבָּק יש לו השפעה שלילית על האפיגנום, המעדיף את הופעת הסרטן.

לפני שתמשיך, סקירה קצרה של גנטיקה רצויה להבין את מטרת ה- DNA. הקוד הגנטי מכיל גנים, אך מסיבה זו בדיוק אין לכך השלכות. באופן כללי, יש צורך כי קומפלקס חלבון נקרא RNA פולימראז "קורא" את הגן הזה ומתעתק אותו לסוג אחר של שרשרת חומצות גרעין המכונה "שליח RNA" (mRNA), המורכב רק מקטע הגן הנקרא.

יש צורך כי ה- RNA המתקבל מתורגם למוצר הסופי, שהוא לא אחר מאשר חלבון, שנוצר על ידי אחר קומפלקס מולקולרי המכונה ריבוזום, המסנתז חלבון מ- mRNA. להיות ברור איך זה עובד, אני ממשיך.

מנגנונים אפיגנטיים

ה- DNA הוא מבנה גדול מאוד, שאצל בני אדם אורכו כמעט שני מטרים, גדול בהרבה מקוטרו של כל תא.

הטבע הוא חכם ומצא שיטה לצמצום דרסטי של הגודל ולארוז אותו בתוך גרעין התא: בזכות חלבונים מבניים הנקראים "היסטונים", המקובצות בקבוצות של שמונה ליצירת הגרעין, תומכות בגדיל ה- DNA כדי לעטוף אותו ולהקל על הקיפול.

גדיל ה- DNA אינו דחוס לחלוטין, ומשאיר חלקים חופשיים יותר לתא לבצע את תפקידיו. האמת היא שקיפול מקשה על קרינת גנים של RNA פולימראז ולכן הוא לא תמיד מקופל באותו אופן בתאים שונים. בכך שלא מאפשר גישה לפולימראז של RNA, זה כבר הפעלת שליטה על ביטוי גנים מבלי לשנות את הרצף.

זה יהיה פשוט מאוד אם זה רק זה, אבל האפיגנום עושה שימוש גם בסמנים כימיים. הידוע ביותר הוא מתילציה של DNA, המורכבת מהיצמדות של קבוצת מתיל (-CH3) לחומצה דאוקסיריבונוקלאית. סימן זה, בהתאם למיקומו, יכול גם לעורר את קריאת הגן וגם למנוע ממנו להגיע באמצעות פולימראז RNA.

האם האפיגנום עובר בתורשה?

הגנום, שאינו משתנה, עובר בתורשה של כל אחד מהורי הפרט. אבל, האם אותו דבר קורה עם האפיגנום? נושא זה הביא הרבה מחלוקות וספקות.

זכרו שבניגוד לקוד הגנטי האפיגנום הוא דינמי. ישנן קבוצות מדעיות המשוכנעות שגם היא עוברת בתורשה, והדוגמה הנפוצה ביותר היא א מקרה של כפר בשבדיה שבו הנכדים של הסבים והסבתות שחוו רעב חיים יותר, כאילו זה תוצאה של אפיגנטיקה.

הבעיה העיקרית בסוגים אלו של מחקרים היא שהם אינם מתארים את התהליך, אלא הם רק השערות ללא הדגמה הפותרת את הספק.

באשר לאלה הסבורים שהאפיגנום אינו תורשתי, הם מבוססים על מחקר שחושף משפחת גנים שתפקידם העיקרי הוא הפעל מחדש את האפיגנום בזיגוטה. עם זאת, אותו מחקר מבהיר כי האפיגנום אינו מתחיל מחדש לחלוטין, אלא ש -5% מהגנים בורחים מתהליך זה ומשאירים דלת קטנה פתוחה.

חשיבות האפיגנטיקה

החשיבות הניתנת לחקר אפיגנטיקה היא שזו הדרך לחקור ולהבין תהליכי חיים כמו ה הְזדַקְנוּת, תהליכים נפשיים או תאי גזע.

התחום בו מתקבלות יותר תוצאות הוא בהבנת הביולוגיה של ה- סרטן, מחפש יעדים לייצר חדשים טיפולים תרופתיים להילחם במחלה זו.

הְזדַקְנוּת

כפי שהוזכר קודם בטקסט, האפיגנום בכל תא משתנה בהתאם לשלב ההתפתחות בו האדם נמצא.

מחקרים הוכיחו זאת. לדוגמא, נצפה כי הגנום משתנה במוח האנושי מלידה ועד בגרות, בעוד בבגרות עד זקנה זה נשאר יציב. במהלך ההזדקנות יש שוב שינויים, אך הפעם יורד במקום למעלה.

למחקר זה הם התמקדו במתילציות של DNA, כשראו כי יותר נוצרו בגיל ההתבגרות וירדו בגיל מבוגר. במקרה הזה, חוסר מתילציה מעכב את עבודתו של RNA פולימראז, מה שמוביל לירידה ביעילות הנוירונים.

כיישום להבנת ההזדקנות, קיים מחקר העושה שימוש בדפוסי מתילציה של DNA בתאי קו הדם כמדדים לגיל הביולוגי. לפעמים, העידן הכרונולוגי אינו עולה בקנה אחד עם העידן הביולוגי, ועם השימוש בתבנית זו ניתן לדעת את המצב הבריאותי והתמותה של המטופל בצורה קונקרטית יותר.

סרטן ופתולוגיות

סרטן מורכב מתא שמשום מה מפסיק להתמחות ברקמת המוצא שלו ומתחיל מתנהגים כאילו מדובר בתא בלתי מובחן, מבלי להגביל את התפשטותו או לעקור אחרים רקמות.

מבחינה לוגית, זה נורמלי לחשוב כי שינויים באפיגנום יכול לגרום לתא להיות סרטני על ידי השפעה על ביטוי גנים.

ב- DNA יש גנים המכונים "מדכאי סרטן"; שמו משלו מציין מה תפקידו. ובכן, בחלק מהמקרים של סרטן נראה כי הגנים הללו מתיללים בצורה כזו שהם מפעילים את הגן.

כעת הוא מבקש לבדוק האם אפיגנטיקה משפיעה על סוגים אחרים של פתולוגיות. ישנן עדויות המצביעות על כך שהיא מעורבת גם בטרשת עורקים ובכמה סוגים של מחלות נפש.

יישומים רפואיים

תעשיית התרופות מכוונת לאפיגנום, שבזכות הדינמיות שלו הוא יעד בר ביצוע לטיפולים עתידיים. הם כבר מיושמים טיפולים לסוגים מסוימים של סרטן, בעיקר בלוקמיה ולימפומות, כאשר התרופה מכוונת למתילציה של ה- DNA.

יש לציין כי זה יעיל כל עוד מקור הסרטן הוא אפיגנטי ולא אחר, כמו למשל מוטציה.

עם זאת, האתגר הגדול ביותר הוא להשיג את כל המידע אודות האפיגנום האנושי, דרך רצף הגנום האנושי. עם ידע רחב יותר, בעתיד ניתן לתכנן טיפולים מותאמים אישית יותר ואינדיבידואלי, כדי להיות מסוגל להכיר את צרכי תאי האזור הפגוע בחולה ספציפי.

המדע זקוק ליותר זמן

אפיגנטיקה היא תחום מחקר עדכני למדי ויש צורך במחקר נוסף בכדי להבין את הנושא.

מה שכן צריך להיות ברור הוא שאפיגנטיקה מורכב מתקנות ביטוי גנים הם לא משנים את רצף ה- DNA. לא נדיר למצוא אזכורים שגויים של אפיגנטיקה במקרים של מוטציות, למשל.