Epigenetyka
Z Wikipedii
Epigenetyka - badanie dziedziczności pozagenowej. Termin ten w biologii ma dwa bliskoznaczne znaczenia:
- badanie mechanizmów związanych z rozwojem, polegających na powstaniu cech dziedziczonych przez komórki potomne, które nie są związane z mutacjami w DNA. Przykładami procesów epigenetycznych w tym rozumieniu są między innymi: a) stabilne zmiany ekspresji genów w rozwoju lub onkogenezie poprzez mechanizm wyciszenia transkrypcji; b) inaktywacja jednej z kopii chromosomu X u samic ssaków; c) wyciszenie ekspresji genów w rejonach telomerowych i centromerowych chromosomów.
- badanie dziedziczności pozagenowej, w szczególności cech, które nie są determinowane sekwencją jądrowego DNA. Przykładami procesów epigenetycznych w tym rozumieniu są np.: a) zjawisko dziedziczenia związane z obecnością prionów u drożdży; b) matczyny efekt na kierunek skrętu muszli u ślimaków; c) odziedziczalny wpływ kwasu foliowego na fenotyp mutacji viable yellow determinującej kolor futra u myszy domowej; d) odziedziczalna utrata ekspresji genów u nicieni pod wpływem interferencji RNA.
Czasami dziedziczenie mitochondrialne zalicza się do zjawisk epigenetycznych, ze względu na odziedziczalność cech niezależną od genów jądrowych, lecz nie jest szczególnie poprawne, gdyż wiąże się z mutacjami w DNA mitochondrialnym.
Spis treści |
[edytuj] Mechanizm molekularny zjawisk epigenetycznych
Mechanizmy epigenetyki są zróżnicowane, i nie we wszystkich przypadkach wyjaśnione. Niewyjaśnione mechanizmy epigenetyczne należą do najbardziej interesujących, nierozwiązanych, problemów współczesnej biologii. Stabilne, odziedziczalne, wyciszenie ekspresji ma związek z chemicznymi modyfikacjami białek histonowych i DNA.
[edytuj] Metylacja cytozyny
Przyłączenie grupy metylowej do cytozyny, leży u podłoża trwałego unieczynnienia ekspresji genu. Znakowany w ten sposób obszar przekształca się w heterochromatynę, poprzez przyłączenie białek heterochromatynowych specyficznie rozpoznających metylowany DNA. Odwrócenie tego procesu jest możliwe, lecz trudne. Zachodzi między innymi w procesie transferu jądrowego i jest nazywane reprogramowaniem epigenetycznym.
[edytuj] Posttranslacyjne modyfikacje histonów
Białka histonowe leżą u podstaw wielu procesów dziedziczenia epigenetycznego. Białka te mogą ulegać modyfikacjom posttranslacyjnym polegającym na przyłączeniu różnych dodatkowych cząsteczek (takich jak grupa metylowa, acetylowa, fosforanowa, ubikwityna) do aminokwasów. Modyfikacje takie mogą być sygnałem dla białek przebudowywujących chromatynę. Chromatyna może być kondensowana (heterochromatynizacja) w miejscu gdzie występuje taka modyfikacja, co zatrzymuje ekspresję genów. Przykładem może być metylacja histonu H3 na dziewiątym aminokwasie (lizyna), która u wielu organizmów powoduje zmniejszenie ekspresji genów. Znane są modyfikacje histonów powodujące rozluźnienie struktury chromatyny i zwiększenie poziomu ekspresji genów. Warto zauważyć, że wpływ modyfikacji posttranslacyjnych histonów na stopień kondensacji chromatyny i ekspresję genów nie zależy tylko od rodzaju modyfikacji (metylacja, acetylacja, fosforylacja itp.), ale także od miejsca wystąpienia takiej modyfikacji na białku histonowym. Metylacja lizyny 9 histonu H3 może powodować zupełnie inny efekt niż metylacja lizyny 4. Jedna cząsteczka histonu może być modyfikowana w wielu miejscach, co dodatkowo utrudnia badania.
[edytuj] Hipoteza kodu histonowego
Badacze zajmujący się wpływem posttranslacyjnych modyfikacji histonów wysunęli hipotezę kodu histonowego, rozumianego jako zespół reguł mówiących o roli konkretnych modyfikacji histonów w regulacji struktury chromatyny i ekspresji genów. Prowadzone są liczne badania nad posttranslacyjnymi modyfikacjami histonów i ich funkcją w dziedziczeniu epigenetycznym, jednak do tej pory nie znaleziono uniwersalnego zespołu zasad który można by nazwać kodem histonowym. Wydaje się, że kod histonowy będzie różny dla różnych organizmów (nie będzie uniwersalny).
[edytuj] priony drożdżowe
Pewne cechy drożdży, które dziedziczą się w sposób epigenetyczny, są determinowane przez obecność prionów. Przykładami są URE3 będący prionową wersją białka Ure2p, związanego z katabolizmem związków azotowych.
[edytuj] Historia terminu
Termin epigenetyka został zaproponowany przez C.H. Waddingtona na wyjaśnienie mechanizmów różnicowania w rozwoju organizmów w jego teorii pejzażu epigenetycznego. Słowo epigenetyka powstało z połączenia słów epigeneza oraz genetyka.
