อีพีเจเนติกส์คืออะไร? กุญแจสู่ความเข้าใจ

ดีเอ็นเอมีความสำคัญเพียงใด รหัสพันธุกรรมเป็นหัวใจสำคัญของชีวิตซึ่งในกรณีของมนุษย์เก็บข้อมูลที่ช่วยให้สิ่งมีชีวิตสามารถพัฒนาท่ามกลางยีนเกือบ 20,000 ตัวที่ประกอบเป็นจีโนม ทั้งหมด เซลล์ ของร่างกายเดียวกันมี DNA เหมือนกัน

แล้วมันเป็นไปได้ยังไงที่พวกเขาทำตัวแตกต่างออกไป? ค่อนข้างทำอย่างไร เซลล์ประสาท มันเป็นเซลล์ประสาทและไม่ใช่เซลล์ตับหรือไม่ถ้าพวกมันมี DNA เหมือนกัน? คำตอบอยู่ในอีพีเจเนติกส์.

• บทความที่เกี่ยวข้อง: "พันธุศาสตร์และพฤติกรรม: ยีนตัดสินว่าเราทำตัวอย่างไร?”

อีพีเจเนติกส์คืออะไร?

แม้ว่าจะมีข้อมูลอยู่ แต่สายโซ่กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิกไม่ใช่ทุกอย่าง เนื่องจากมีองค์ประกอบที่สำคัญคือสิ่งแวดล้อม คำว่า epigenetics "เกี่ยวกับพันธุศาสตร์" หรือ "นอกเหนือจากพันธุศาสตร์" มาถึงแล้ว

มีปัจจัยภายนอกรหัสพันธุกรรมที่ควบคุม การแสดงออกของยีนที่แตกต่างกัน แต่ยังคงรักษาลำดับดีเอ็นเอไว้เหมือนเดิม มันเป็นกลไกที่มีความเกี่ยวข้อง: ถ้ายีนทั้งหมดทำงานในเวลาเดียวกัน มันจะไม่เป็นผลดี ซึ่งจำเป็นต้องมีการควบคุมการแสดงออก

คำว่า epigenetics ถูกกำหนดโดย Conrad Hal Waddington นักพันธุศาสตร์ชาวสก็อตในปี 1942 เพื่ออ้างถึง ศึกษาความสัมพันธ์ของยีนและสิ่งแวดล้อม.

เพื่อนที่ดีให้วิธีง่ายๆ ในการทำความเข้าใจ epigenesis ด้วยตัวอย่างนี้: ใช่ เราคิดว่า DNA คือห้องสมุด ยีนคือหนังสือ และการแสดงออกของยีนคือ บรรณารักษ์. แต่ตัวห้องสมุดเอง ฝุ่น ชั้นหนังสือ ไฟไหม้... ทุกสิ่งที่ป้องกันหรือช่วยเหลือบรรณารักษ์ในการเข้าถึงหนังสือจะเป็น epigenetics

ความจริงก็คือ จีโนมมนุษย์ประกอบด้วยยีนมากกว่า 20,000 ยีนแต่สิ่งเหล่านี้ไม่ได้ทำงานพร้อมกันเสมอไป ขึ้นอยู่กับชนิดของเซลล์ สิ่งมีชีวิตนั้นอยู่ในระยะใดของการพัฒนา หรือแม้แต่สภาพแวดล้อมที่บุคคลอาศัยอยู่นั้น จะมียีนบางตัวที่ทำงานอยู่และบางชนิดจะไม่มี การปรากฏตัวของกลุ่มโปรตีนที่ควบคุมการแสดงออกของยีนโดยไม่ต้อง แก้ไขลำดับดีเอ็นเอ กล่าวคือ โดยไม่ก่อให้เกิดการกลายพันธุ์หรือการเคลื่อนย้าย ตัวอย่างเช่น อนุญาตสิ่งนี้

รู้จักอีพีจีโนม

แนวคิดของเอพิจีโนมเกิดขึ้นจากการปรากฏตัวของอีพีเจเนติกส์ และไม่มีอะไรมากไปกว่าองค์ประกอบทั้งหมดที่เป็นส่วนหนึ่งของการควบคุมการแสดงออกของยีนนี้

ซึ่งแตกต่างจากจีโนมซึ่งยังคงมีเสถียรภาพและไม่เปลี่ยนแปลงตั้งแต่แรกเกิดจนถึงวัยชรา (หรือควรจะเป็น) epigenome เป็นแบบไดนามิกและแปรผัน ตลอดการพัฒนามันเปลี่ยนไป อาจได้รับผลกระทบจากสิ่งแวดล้อมและไม่เหมือนกันตามชนิดของเซลล์ เพื่อให้เกิดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม จะเห็นได้ว่าการบริโภค ยาสูบ มันส่งผลเสียต่ออีพิจีโนมซึ่งเอื้อต่อการปรากฏตัวของมะเร็ง

ก่อนดำเนินการต่อ แนะนำให้ทบทวนสั้น ๆ เกี่ยวกับพันธุศาสตร์เพื่อทำความเข้าใจจุดประสงค์ของ DNA รหัสพันธุกรรมประกอบด้วยยีน แต่ด้วยเหตุนี้เอง จึงไม่มีผลที่ตามมา โดยทั่วไป จำเป็นต้องมีโปรตีนเชิงซ้อนที่เรียกว่า RNA polymerase "อ่าน" ยีนนี้และถ่ายทอดออกมา ไปยังสายกรดนิวคลีอิกอีกประเภทหนึ่งที่เรียกว่า “messenger RNA” (mRNA) ซึ่งประกอบด้วยส่วนย่อยของยีนที่อ่านเท่านั้น

จำเป็นที่อาร์เอ็นเอที่ได้รับนี้จะถูกแปลเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายซึ่งไม่ใช่อื่นใดนอกจากโปรตีนซึ่งเกิดขึ้นจากตัวอื่น คอมเพล็กซ์โมเลกุลที่เรียกว่าไรโบโซมซึ่งสังเคราะห์โปรตีนจาก mRNA มีความชัดเจนเกี่ยวกับวิธีการทำงาน ฉันดำเนินการต่อ

กลไก Epigenetic

ดีเอ็นเอเป็นโครงสร้างที่ใหญ่มาก ซึ่งในกรณีของมนุษย์นั้นมีความยาวเกือบสองเมตร ซึ่งมากกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของเซลล์ใดๆ

ธรรมชาตินั้นฉลาดและพบวิธีการลดขนาดลงอย่างมากและบรรจุไว้ในนิวเคลียสของเซลล์: ขอบคุณ โปรตีนโครงสร้างที่เรียกว่า "ฮิสโตน"ซึ่งจัดกลุ่มเป็นกลุ่มๆ ละแปดตัวเพื่อสร้างนิวคลีโอโซม ค้ำจุนสาย DNA เพื่อพันรอบมันและอำนวยความสะดวกในการพับ

สาย DNA ไม่ได้ถูกบีบอัดจนหมด ทำให้เซลล์มีอิสระที่จะทำหน้าที่ของมัน ความจริงก็คือการพับทำให้ยากสำหรับ RNA polymerase ในการอ่านยีน ซึ่งเป็นสาเหตุที่ว่าทำไมยีนจึงไม่พับในลักษณะเดียวกันเสมอไปในเซลล์ต่างๆ โดยไม่อนุญาตให้เข้าถึง RNA polymerase อยู่แล้ว พยายามควบคุมการแสดงออกของยีน โดยไม่ต้องแก้ไขลำดับ

มันจะง่ายมากถ้าเป็นเพียงแค่นี้ แต่เอพิจีโนม ยังใช้เครื่องหมายเคมี. ที่รู้จักกันดีที่สุดคือ DNA methylation ซึ่งประกอบด้วยการยึดติดของกลุ่มเมทิล (-CH3) กับกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก เครื่องหมายนี้ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของมันสามารถกระตุ้นการอ่านยีนและป้องกันไม่ให้ RNA polymerase เข้าถึงได้

epigenome เป็นกรรมพันธุ์หรือไม่?

จีโนมซึ่งไม่แปรผันเป็นกรรมพันธุ์ ของผู้ปกครองแต่ละคน แต่สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นกับอีพีจีโนมหรือไม่? ปัญหานี้ทำให้เกิดข้อโต้แย้งและข้อสงสัยมากมาย

จำไว้ว่าอีพีจีโนมเป็นไดนามิกต่างจากรหัสพันธุกรรม มีกลุ่มวิทยาศาสตร์ที่เชื่อว่าเป็นกรรมพันธุ์ด้วย และตัวอย่างที่ใช้บ่อยที่สุดคือ a กรณีหมู่บ้านในสวีเดนที่หลานของปู่ย่าตายายที่ประสบภาวะกันดารอาหารมีอายุยืนยาวขึ้นราวกับเป็นผลสืบเนื่องมาจาก อีพีเจเนติกส์

ปัญหาหลักของการศึกษาประเภทนี้คือการที่พวกเขาไม่ได้อธิบายกระบวนการ แต่เป็นเพียงการคาดเดาโดยไม่มีการสาธิตที่ช่วยแก้ข้อสงสัย

สำหรับผู้ที่เชื่อว่าอีพิจีโนมไม่ได้รับการถ่ายทอดมาจากการศึกษาที่เผยให้เห็นตระกูลของยีนที่มีหน้าที่หลักคือ รีสตาร์ท epigenome ในไซโกต. อย่างไรก็ตาม การศึกษาเดียวกันนี้ทำให้เห็นชัดเจนว่าอีพิจีโนมไม่ได้เริ่มต้นใหม่โดยสมบูรณ์ แต่ยีน 5% หนีออกจากกระบวนการนี้ โดยปล่อยให้ประตูบานเล็กเปิดอยู่

ความสำคัญของอีพีเจเนติกส์

ความสำคัญที่มีให้กับการศึกษาอีพีเจเนติกส์ก็คืออาจเป็นหนทางสู่ สำรวจและทำความเข้าใจกระบวนการชีวิต ในฐานะที่เป็น อายุมากขึ้นกระบวนการทางจิตหรือสเต็มเซลล์

สาขาที่จะได้รับผลลัพธ์มากขึ้นอยู่ในความเข้าใจในชีววิทยาของ โรคมะเร็ง,มองหาเป้าหมายเพื่อสร้างใหม่ ยารักษาโรค เพื่อต่อสู้กับโรคนี้

สูงวัย

ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ในข้อความ epigenome ในแต่ละเซลล์จะเปลี่ยนแปลงไปตามระยะของการพัฒนาที่บุคคลนั้นอยู่

การศึกษาได้พิสูจน์สิ่งนี้ ตัวอย่างเช่น สังเกตได้ว่า จีโนมแตกต่างกันไปในสมองของมนุษย์ ตั้งแต่แรกเกิดถึงวุฒิภาวะในขณะที่โตเต็มวัยจนถึงวัยชรายังคงทรงตัว ในช่วงอายุมากขึ้นมีการเปลี่ยนแปลงอีกครั้ง แต่ครั้งนี้ลงแทนที่จะเป็นขึ้น

สำหรับการศึกษานี้ พวกเขามุ่งเน้นไปที่ DNA methylation โดยเห็นว่ามีการสร้างมากขึ้นในช่วงวัยรุ่นและลดลงในวัยชรา ในกรณีนี้, การขาดเมทิลเลชั่นขัดขวางการทำงานของ RNA polymeraseซึ่งทำให้ประสิทธิภาพของเซลล์ประสาทลดลง

เพื่อเป็นการประยุกต์เพื่อทำความเข้าใจความชรา มีการศึกษาที่ใช้รูปแบบเมทิลเลชันของดีเอ็นเอในเซลล์ในสายเลือดเป็นตัวบ่งชี้อายุทางชีววิทยา บางครั้งอายุตามลำดับเวลาไม่ตรงกับอายุทางชีววิทยา และด้วยการใช้รูปแบบนี้ เป็นไปได้ที่จะทราบสถานะสุขภาพและการเสียชีวิตของผู้ป่วยอย่างเป็นรูปธรรมมากขึ้น

มะเร็งและพยาธิสภาพ

โรคมะเร็ง ประกอบด้วยเซลล์ที่หยุดมีความเชี่ยวชาญในเนื้อเยื่อต้นกำเนิดด้วยเหตุผลบางอย่างและเริ่ม begins ทำตัวราวกับว่ามันเป็นเซลล์ที่ไม่แตกต่างกัน โดยไม่จำกัดการงอกขยายหรือแทนที่ผู้อื่น เนื้อเยื่อ

ตามหลักเหตุผล เป็นเรื่องปกติที่จะคิดว่าการเปลี่ยนแปลงในอีพีจีโนม อาจทำให้เซลล์กลายเป็นมะเร็งได้ โดยส่งผลต่อการแสดงออกของยีน

ใน DNA มี ยีนที่เรียกว่า "ตัวยับยั้งมะเร็ง"; ชื่อของมันบ่งบอกว่าหน้าที่ของมันคืออะไร ในบางกรณีของโรคมะเร็ง พบว่ายีนเหล่านี้ถูกเมทิลเลตในลักษณะที่ยีนยับยั้งการทำงานของยีน

ขณะนี้กำลังพยายามศึกษาว่า epigenetics มีผลต่อโรคประเภทอื่นหรือไม่ มีหลักฐานที่บ่งชี้ว่ามีความเกี่ยวข้องกับภาวะหลอดเลือดแข็งและความเจ็บป่วยทางจิตบางประเภท

แอปพลิเคชันทางการแพทย์

อุตสาหกรรมยามีเป้าหมายที่อีพิจีโนม ซึ่งต้องขอบคุณไดนามิกของยาจึงเป็นเป้าหมายที่เป็นไปได้สำหรับการรักษาในอนาคต พวกเขากำลังถูกนำไปปฏิบัติแล้ว การรักษามะเร็งบางชนิดส่วนใหญ่ในมะเร็งเม็ดเลือดขาวและมะเร็งต่อมน้ำเหลือง โดยที่ยามุ่งเป้าไปที่ DNA methylation

ควรสังเกตว่าสิ่งนี้จะมีผลตราบใดที่ต้นกำเนิดของมะเร็งเป็นอีพีเจเนติก ไม่ใช่อย่างอื่น เช่น การกลายพันธุ์

อย่างไรก็ตาม ความท้าทายที่ใหญ่ที่สุดคือการได้รับข้อมูลทั้งหมดเกี่ยวกับอีพีจีโนมของมนุษย์ โดยวิธีการจัดลำดับจีโนมมนุษย์ ด้วยความรู้ที่กว้างขึ้นในอนาคต สามารถออกแบบการรักษาเฉพาะบุคคลได้มากขึ้น และรายบุคคลเพื่อให้สามารถทราบความต้องการของเซลล์ของพื้นที่ที่เสียหายในผู้ป่วยเฉพาะราย

วิทยาศาสตร์ต้องการเวลามากกว่านี้

Epigenetics เป็นสาขาการวิจัยที่ค่อนข้างใหม่ และจำเป็นต้องมีการศึกษาเพิ่มเติมเพื่อทำความเข้าใจเรื่องนี้ต่อไป

สิ่งที่ต้องชัดเจนก็คืออีพีเจเนติกส์ ประกอบด้วยระเบียบการแสดงออกของยีน พวกเขาไม่ได้ปรับเปลี่ยนลำดับดีเอ็นเอ ไม่ใช่เรื่องแปลกที่จะพบว่ามีการกล่าวถึง epigenetics ที่ผิดพลาดในกรณีของการกลายพันธุ์เป็นต้น