Čo je to epigenetika? Kľúče k jeho pochopeniu

Aká dôležitá je DNA. Genetický kód je základom života, ktorá v prípade človeka uchováva informácie, ktoré umožňujú organizmu vyvinúť sa z takmer 20 000 génov tvoriacich genóm. Všetky bunky rovnakého tela majú rovnakú DNA.

Ako je teda možné, že konajú inak? Skôr ako jeden neurón je to neurón a nie hepatocyt, ak majú rovnakú DNA? Odpoveď spočíva v epigenetike.

• Súvisiaci článok: „Genetika a správanie: rozhodujú gény o tom, ako konáme?”

Čo je to epigenetika?

Aj keď obsahuje informácie, reťazec deoxyribonukleovej kyseliny nie je všetko, pretože dôležitou zložkou je životné prostredie. Tu sa objavuje termín epigenetika, „o genetike“ alebo „okrem genetiky“.

Existujú genetické faktory, ktoré regulujú vonkajšie faktory expresiu rôznych génov, ale vždy zachovávajú nedotknutú sekvenciu DNA. Je to mechanizmus, ktorý má svoj význam: ak by boli všetky gény aktívne súčasne, nebolo by to dobré, pre čo je nevyhnutná kontrola nad expresiou.

Termín epigenetika navrhol škótsky genetik Conrad Hal Waddington v roku 1942 ako odkaz na štúdium vzťahu génov a životného prostredia.

Jednoduchý spôsob, ako pochopiť epigenézu, mi dal dobrý priateľ v tomto príklade: áno myslíme si, že DNA je knižnica, gény sú knihy a génová expresia je knihovník. Ale samotné knižnice, prach, regály, požiare... všetko, čo knihovníkovi bráni alebo pomáha v prístupe ku knihám, by bola epigenetika.

Pravda je taká ľudský genóm pozostáva z viac ako 20 000 génov, ale nie sú vždy aktívne súčasne. Podľa toho, o aký typ bunky ide, v akom štádiu vývoja sa nachádza organizmus alebo dokonca samotné prostredie, v ktorom jedinec žije, budú existovať niektoré aktívne gény, iné nie. Prítomnosť skupiny proteínov, ktorá je zodpovedná za riadenie génovej expresie bez nej modifikovať sekvenciu DNA, to znamená bez toho, aby spôsobovala mutácie alebo translokácie, napríklad toto dovol.

Poznať epigenóm

Koncept epigenómu sa zrodil v dôsledku objavenia sa epigenetiky a nejde o nič iné ako o všetky zložky, ktoré sú súčasťou tejto regulácie génovej expresie.

Na rozdiel od genómu, ktorý zostáva stabilný a nemení sa od narodenia do staroby (alebo by to tak malo byť), je epigenóm dynamický a variabilný. Počas vývoja sa mení, môžu byť ovplyvnené prostredím, a nie je to rovnaké podľa typu bunky. Aby sa dosiahol environmentálny efekt, bolo vidieť, že náročné tabak má negatívny vplyv na epigenóm, ktorý podporuje výskyt rakoviny.

Predtým, ako budete pokračovať, sa odporúča krátka kontrola genetiky, aby ste pochopili účel DNA. Genetický kód obsahuje gény, ale práve z tohto dôvodu by to nemalo žiadne následky. Všeobecne je potrebné, aby proteínový komplex tzv RNA polymeráza „číta“ tento gén a prepisuje ho na iný typ reťazca nukleovej kyseliny nazývaný „messenger RNA“ (mRNA), ktorý pozostáva iba z prečítaného fragmentu génu.

Je nevyhnutné, aby sa táto získaná RNA preložila do konečného produktu, ktorým nie je nič iné ako proteín tvorený iným molekulárny komplex známy ako ribozóm, ktorý syntetizuje proteín z mRNA. Jasno v tom, ako to funguje, Pokračujem.

Epigenetické mechanizmy

DNA je veľmi veľká štruktúra, ktorá je v prípade človeka dlhá takmer dva metre, oveľa viac ako priemer ktorejkoľvek bunky.

Príroda je múdra a našla spôsob, ako drasticky zmenšiť veľkosť a zabaliť ju do bunkového jadra: vďaka štrukturálne proteíny nazývané „históny“, ktoré sú zoskupené do skupín po ôsmich a tvoria nukleozóm, podporujú vlákno DNA, aby sa omotalo a uľahčuje skladanie.

Vlákno DNA nie je úplne zhutnené, čo ponecháva bunkám voľnejšie časti na vykonávanie ich funkcií. Pravdou je, že skladanie RNA RNA polymeráze sťažuje čítanie génov, a preto nie je v rôznych bunkách vždy zložená rovnakým spôsobom. Ak neumožníte prístup k RNA polymeráze, je to už tak kontrolu nad génovou expresiou bez úpravy sekvencie.

Bolo by veľmi jednoduché, keby to bolo iba toto, ale epigenóm využíva aj chemické značkovače. Najznámejšia je metylácia DNA, ktorá spočíva v pripojení metylovej skupiny (-CH3) k deoxyribonukleovej kyseline. Táto značka, v závislosti od jej umiestnenia, môže jednak stimulovať čítanie génu, jednak zabrániť jeho dosiahnutiu pomocou RNA polymerázy.

Je epigenóm dedičný?

Genóm, ktorý je nemenný, sa dedí každého z rodičov jednotlivca. Ale deje sa to isté aj s epigenómom? Táto otázka priniesla veľa polemík a pochybností.

Pamätajte, že na rozdiel od genetického kódu je epigenóm dynamický. Existujú vedecké skupiny, ktoré sú presvedčené, že sa tiež dedí, a najčastejšie používaným príkladom je a prípad dediny vo Švédsku, kde vnuci starých rodičov, ktorí zažili hladomor, žijú dlhšie, akoby to bol dôsledok epigenetika.

Hlavným problémom týchto typov štúdií je, že nepopisujú postup, ale sú iba dohadmi bez demonštrácie, ktorá pochybnosti rieši.

Pokiaľ ide o tých, ktorí veria, že epigenóm nie je zdedený, sú založené na štúdii, ktorá odhaľuje rodinu génov, ktorých hlavnou funkciou je reštartujte epigenóm v zygote. Rovnaká štúdia však objasňuje, že epigenóm sa nereštartuje úplne, ale že 5% génov uniká z tohto procesu a ponecháva malé dvere otvorené.

Dôležitosť epigenetiky

Štúdiu epigenetiky sa prikladá taký význam, že to môže byť cesta skúmať a chápať životné procesy Ako starnutie, mentálne procesy alebo kmeňové bunky.

Obor, v ktorom sa dosahuje viac výsledkov, je v porozumení biológie Rakovina, hľadáte ciele na generovanie nových liekové terapie bojovať proti tejto chorobe.

Starnutie

Ako už bolo spomenuté v texte, epigenóm v každej bunke sa mení podľa stupňa vývoja, v ktorom sa človek nachádza.

Štúdie to dokázali. Napríklad sa pozorovalo, že genóm sa v ľudskom mozgu líši od narodenia do dospelosti, zatiaľ čo v dospelosti až do vysokého veku zostáva stabilná. Počas starnutia dochádza opäť k zmenám, ale tentoraz nadol namiesto nahor.

V tejto štúdii sa zamerali na metyláciu DNA, pričom zistili, že počas dospievania sa ich generovalo viac a v starobe sa ich množstvo znižovalo. V tomto prípade, nedostatok metylácie bráni práci RNA polymerázy, čo vedie k zníženiu účinnosti neurónov.

Ako aplikácia na pochopenie starnutia existuje štúdia, ktorá využíva vzory metylácie DNA v krvných bunkách ako ukazovatele biologického veku. Chronologický vek sa niekedy nezhoduje s biologickým vekom a pri použití tohto modelu je možné poznať konkrétnejší spôsob zdravotného stavu a úmrtnosti pacienta.

Rakovina a patológie

Rakovina sa skladá z bunky, ktorá z nejakého dôvodu prestáva byť špecializovaná na svoje pôvodné tkanivo a začína správať sa, akoby išlo o nediferencovanú bunku, bez obmedzenia jej množenia alebo vytláčania ostatných tkanív.

Logicky je normálne si myslieť, že zmeny v epigenome môže spôsobiť rakovinu bunky ovplyvnením génovej expresie.

V DNA sú gény známe ako „látky potlačujúce rakovinu“; jeho vlastný názov označuje jeho funkciu. V niektorých prípadoch rakoviny sa ukázalo, že tieto gény sú metylované takým spôsobom, že inaktivujú tento gén.

V súčasnosti sa skúma, či má epigenetika vplyv na iné typy patológií. Existujú dôkazy, ktoré naznačujú, že sa tiež podieľa na artérioskleróze a niektorých druhoch duševných chorôb.

Lekárske aplikácie

Farmaceutický priemysel sa zameriava na epigenóm, ktorý je vďaka svojej dynamike uskutočniteľným cieľom budúcich terapií. Už sa dostávajú do praxe liečby niektorých druhov rakoviny, hlavne u leukémií a lymfómov, kde je liek zameraný na metyláciu DNA.

Je potrebné poznamenať, že je to účinné, pokiaľ je pôvod rakoviny epigenetický a nie iný, napríklad mutácia.

Avšak najväčšou výzvou je získať všetky informácie o ľudskom epigenóme sekvenovaním ľudského genómu. So širšími znalosťami v budúcnosti je možné navrhnúť viac personalizovaných spôsobov liečby a individualizované, aby bolo možné poznať potreby buniek poškodenej oblasti u konkrétneho pacienta.

Veda potrebuje viac času

Epigenetika je pomerne nedávna oblasť výskumu a na ďalšie pochopenie predmetu je potrebné ďalšie štúdium.

Musí byť zrejmé, že je to epigenetika pozostáva z regulácie génovej expresie Nemodifikujú sekvenciu DNA. Nie je neobvyklé, že napríklad v mutáciách nájdeme chybné zmienky o epigenetike.