Najlepší príklad zahŕňa efekt ...
Veda v dvadsiatom storočí odhalila, že biologické informácie sa ukladajú a reprodukujú vo forme DNA. Ale živé organizmy ovplyvňuje aj množstvo mechanizmov, ktoré ovplyvňujú spôsob vyjadrovania génov. Epigenetika študuje tieto mechanizmy.
Riešenie záhady
Prvé predstavy o epigenetických mechanizmoch sa vo vedeckej komunite objavili v 70. a 80. rokoch. Najčastejšie ide o chemické zmeny v prípade DNA alebo v prípade proteínov obsiahnutých v jej obale. Niektoré z týchto chemických značiek alebo značiek podporujú aktivitu génov, čo znamená, že umožňujú produkciu génovej bielkoviny, zatiaľ čo iné majú opačný účinok a deaktivujú aktivitu génu.
Hlavné metódy kontroly aktivity génov sa majú vykonávať pomocou transkripčných faktorov, proteínov, ktoré sa prilepia na časť DNA v blízkosti génu, známu ako kontrolná oblasť, aby ju aktivovali alebo deaktivovali. Epigenetické zmeny sa javia ako doplnkové k aktivite transkripčných faktorov.
Prvým objaveným príkladom bola metylácia DNA, ktorá zahŕňa malú chemickú podjednotku nazývanú metylová skupina, ktorá sa pridáva k DNA. Je známe, že „písmená“ kódu DNA pozostávali zo 4 typov dusíkatých báz: adenín, cytozín, guanín a tymín. Už niekoľko desaťročí vieme, že DNA obsahuje aj malé množstvá piatej bázy, metylovaného cytozínu, ale až koncom 70. rokov bolo možné mapovať miesto genómu, kde sa táto zmenená báza objavila.
Vznikol úžasný vzorec: metylácia DNA sa vyskytuje vo väčšine genómu, ale zvyčajne zjavne chýba v kontrolných oblastiach génov. Dôležité je, že keď je kontrolná oblasť metylovaná, gén nemožno aktivovať a považuje sa za umlčaný (proces umlčania génovej expresie).
Metylácia kontrolnej oblasti génu sa používa napríklad na umlčanie jedného z chromozómov X samice a na zabezpečenie inaktivácie génov podieľajúcich sa na tvorbe spermií a vajíčok vo zvyšku tela. Rovnako dôležité je, že metylačné vzorce DNA sa kopírujú, keď sa DNA replikuje, a tak sa prenášajú z kmeňovej bunky do dcérskych buniek, keď sa bunka rozdelí. Táto schopnosť prenosu z bunky do bunky pomáha vysvetliť, prečo je genetické stíšenie epigenetickými faktormi v priebehu času také stabilné.
Odtiaľ pochádza aj názov epigenetika?
Epigenetika je mladá veda a dokonca aj význam slova „epigenetika“ je stále predmetom diskusií. Bežný názor je, že sa týka zmien, ktoré sa dajú dediť z bunky, a ktoré nezahŕňajú zmeny v sekvencii DNA. Dôraz na dedičnosť znamená, že okrem chemických zmien v DNA alebo proteínoch podieľajúcich sa na jej balení sa táto myšlienka vzťahuje aj na sekvencie RNA, ktoré aktivujú alebo deaktivujú gén, a dokonca aj na faktory prepis. Mohli by sa zahrnúť dokonca aj dedičné javy, ktoré nemajú nič spoločné s DNA, napríklad samoreplikujúce sa prióny.
Alternatívna definícia sa zameriava na chemické zmeny v DNA a proteínoch podieľajúcich sa na jej balení, či už sú dedičné alebo nie.
Diskusie o definíciách môžu pokračovať donekonečna. Nakoniec sa nemusíme príliš starať o to, ako sa tieto biologické procesy nazývajú. To, čo skutočne potrebujeme, je vedieť, ako tieto zložité systémy interagujú a ovplyvňujú aktivitu genómu.
Objav
Mimoriadna pravda, ktorá sa objavila v 20. storočí, vyjadruje, že biologické informácie sa ukladajú, čítajú a reprodukujú vo forme DNA. Naše gény si možno predstaviť vo forme informačných balíčkov napísaných vo forme dusíkatých bázických sekvencií, ktoré kódujú proteíny, ktoré vykonávajú funkcie potrebné pre život.
Termín „epigenetika“ sa vzťahuje na širokú škálu molekulárnych mechanizmov, ktoré ovplyvňujú génovú aktivitu. Epigenetické „prepínače“ aktivujú alebo deaktivujú gén. Vyvolávajú trvalé účinky, ktoré môžu pretrvávať po rozdelení buniek a niekedy dokonca aj po pohlavnom rozmnožovaní. Dizajn ľudského genómu, aj keď bol taký ambiciózny, sa ukázal byť iba začiatkom dobrodružstva zameraného na pochopenie biologického modelu života. Naše oči sa teraz obrátia k epigenómu.
Prvé indície
V priebehu 50. rokov 20. storočia začala z oblasti vedy vo výcviku zvanom genetika vznikať obrovská sada princípov, ktoré pokrývali kódovanie a odovzdávanie životných pokynov z generácie na generáciu. A zdá sa, že dedičnosť sa nie vždy riadila pravidlami. Napríklad sa zdá, že účinky génu riadiaceho semeno v kukurici občas zmizli, len aby sa znovu objavili v ďalších generáciách. Ako k tomuto vzhľadu a zániku vplyvu génu došlo?
Neskôr v tom istom desaťročí bolo niečo podobné objavené na zvieratách, čo je fenomén, ktorý tentoraz zahŕňal pohlavné chromozómy. U cicavcov majú muži chromozóm X a chromozóm Y, zatiaľ čo ženy majú dva chromozómy X. Aby sa zabránilo dvojnásobnej dávke chromozomálnych génov X u žien, z každej bunky embrya sa náhodne vyberie jeden chromozóm X. a je trvale invalidný. Proces inaktivácie chromozómov X nastáva na začiatku vývoja plodu a stabilne sa prenáša počas niekoľkých bunkových delení spolu s vývojom plodu.
Tento proces je ilustrovaný ženskými korytnačými mačkami (mačky s kožušinovými oblasťami rôznych farieb), v ktorých je na chromozóme X prítomný gén kódujúci farbu kožušiny. Ich výrazné kožušinové oblasti rôznych farieb sú výsledkom oblastí epitelových buniek, ktoré deaktivovali jeden alebo druhý zo svojich X chromozómov.
Menej zrejmá verzia tlmenia génov, známa ako „tlač“, bola objavená o niekoľko rokov neskôr. Gény sú prítomné v dvojnásobnom počte v každej bunke tela - po jednom od každého z dvoch rodičov. Niektoré gény sa však správajú odlišne v závislosti od rodiča, z ktorého pochádzajú.
Klasickým príkladom je gén zodpovedný za signálnu molekulu nazývaný IGF2 alebo rastový faktor 2 stimulujúci inzulín, ktorý podporuje vývoj plodu. Gén IGF2 od otca je aktivovaný, zatiaľ čo gén od matky je trvale deaktivovaný.
Zdá sa, že tento „výtlačok“ má evolučný zmysel, keď otcovia majú väčší záujem o staršie deti - matka má viac na prírastku, ak šetrí svoje zdroje budúcim deťom. Ako však mohol gén „vedieť“, že bol zdedený po matke alebo otcovi?
Na začiatku 80. rokov 20. storočia vedci začali veriť, že tieto, ako aj ďalšie neobvyklé objavy, boli súčasťou modelu a mohli by v skutočnosti predstavovať aspekty toho istého javu. Každá z nich zahŕňa trvalé zmeny v génovej aktivite, ktoré nezahŕňajú mutácie v samotnej DNA sekvencii.
DNA je stále prítomná v celom rozsahu, ale jej časti nejako bráni v normálnom fungovaní vplyvom, ktorý pôsobí nad rámec genetiky, preto sa používa výraz „epigenetika“.
Jedným z najkontroverznejších aspektov epigenetiky je schopnosť prostredia ovplyvňovať skôr naše telá a správanie ako gény. Pamätajte však, že väčšina doteraz objavených epigenetických mechanizmov reaguje na obmedzenia, ktoré sú v tele skôr vnútorné ako vonkajšie, vrátane inaktivácie chromozómov X, génovej tlače a regularizácie génovej expresie počas našej doby v maternici. V skutočnosti existujú nedávne dôkazy, že hlavným determinantom počiatočných vzorov metylácie DNA je samotná sekvencia DNA - čo naznačuje, že naše gény majú nakoniec posledné slovo.
V niektorých prípadoch však bolo médium zodpovedné za ovplyvnenie vzorov metylácie DNA. Najlepším príkladom je účinok stravy na typ myši neobvyklej farby nazývanej aguti. Kurčatá tohto typu myší majú zvyčajne farbu srsti, ktorá sa vďaka génu „aguti“ líši od žltej po tmavohnedú. Ale ak je tehotná matka kŕmená stravou bohatou na určité vitamíny a aminokyseliny bohaté na metylové skupiny, rodí oveľa tmavšie hnedé kurčatá.
Vysoká citlivosť génu „aguti“ na metyláciu je spôsobená susednými „transpozónmi“; toto sú krátke sekvencie DNA, ktoré možno nájsť náhodne distribuované v celom našom genóme. Keď je stupeň metylácie nízky, transpozón uvedie do pohybu neobvyklé hladiny aguti, ktoré vedú k výskytu žltých myší. Umelé zvýšenie stupňa metylácie na druhej strane deaktivuje transpozóny, čo vedie k výskytu hnedých myší. Zatiaľ čo diéta bohatá na metyl produkuje mierne zvýšenie stupňa metylácie DNA v celom genóme, zdá sa, že iba transpozón blízko aguti je na toto zvýšenie precitlivený.
Môžu teda environmentálne prejavy pôsobiť na genetické systémy v prirodzenejšom prostredí? Vieme, že podmienky prítomné počas tehotenstva, vrátane materskej stravy, majú dlhodobé následky na zdravie potomstva až do dospelosti. Napríklad ľudia, ktorých matky boli počas tehotenstva podvyživení, majú vyššiu pravdepodobnosť, že v dospelosti budú trpieť srdcovými chorobami a cukrovkou. V tomto prípade môžu hrať úlohu epigenetické mechanizmy, aj keď doteraz získané dôkazy nie sú presvedčivé.
Niektorí veria, že tieto účinky sú evolučne adaptívne; metabolizmus potomstva je pripravený na svet, v ktorom je existencia ťažká, a musí sa ukladať prebytočné kalórie. Samozrejme, ak sa ukáže, že existencia je ľahká, stal by sa tento proces kontraproduktívny.
V zarážajúcom príklade sa z krysích kurčiat, ktoré sú matkami v hniezde zanedbávané, stanú plaché a strašidelné dospelé osoby. Existujú dôkazy, že sa to dá dosiahnuť metyláciou DNA v prípade génu zodpovedného za stresovú reakciu.
Predpokladá sa, že metylácia „spomaľuje" gén, čo vedie k permanentnej úzkosti. Podľa teórie evolučnej adaptability tento proces pripravuje myši na náročné prostredie, čím zvyšuje ich averziu k riziku.
Možno ešte kontroverznejšia, jedna štúdia naznačuje podobné hlboké účinky na ľudí. K tomuto záveru sa dospelo vďaka postmortálnym analýzam obetí samovrážd, ktoré boli týrané počas detstva. Autori navrhli myšlienku, že zneužívanie zvyšuje metyláciu génu pre ľudskú stresovú reakciu, čo vedie k celoživotným vedľajším účinkom. Štúdia však bola malá a účinky boli dosť slabé, takže je ešte príliš skoro na vyvodenie jednoznačných záverov.
Vyššie uvedený text je prekladom článku instant-expert-epigenetika, ktorý publikoval New Scientist. Scientia.ro je jediný subjekt zodpovedný za možné chyby v preklade, spoločnosti Reed Business Information Ltd a New Scientist nepreberajú v tomto ohľade žiadnu zodpovednosť.
Preklad: Alexandru Huţupanu
Môžete komentovať pomocou účtu na webe, prostredníctvom FB, Twitteru alebo Google alebo ako návštevník (bez registrácie). Pre návštevníkov sú komentáre mierne (schválené správcom).