Epigenetyka

Autor: Leandro Alegsa Data utworzenia: 20 kwietnia 2021

Epigenetyka jest badaniem zmian w aktywności genów, które nie są spowodowane zmianami w sekwencji DNA. Jest to badanie ekspresji genów, czyli sposobu, w jaki geny wywołują swoje fenotypowe efekty.

Te zmiany w aktywności genów mogą pozostać na resztę życia komórki, a także mogą trwać przez wiele pokoleń komórek, poprzez podziały komórkowe. Nie ma jednak zmiany w podstawowej sekwencji DNA organizmu. Zamiast tego, czynniki niedziedziczne powodują, że geny organizmu zachowują się (wyrażają się) inaczej. Epigenetyka działa poprzez specyficzne mechanizmy, takie jak metylacja DNA.

Czynniki epigenetyczne mogą utrzymywać się do wieku dorosłego.

Definicje

Ogólna definicja to "badanie... aktywności genów podczas rozwoju złożonych organizmów". Tak więc epigenetyka może być używana do opisu wszystkiego innego niż sekwencja DNA, co wpływa na rozwój organizmu.

Ściślejsza lub węższa definicja to "badanie mitotycznie i/lub mejotycznie dziedzicznych zmian w funkcji genu, które nie mogą być wyjaśnione przez zmiany w sekwencji DNA".

Termin "epigenetyka" został użyty do opisania procesów, które nie są dziedziczne. Przykładem jest modyfikacja histonów. Tak więc niektóre definicje nie wymagają dziedziczności. Adrian Bird zdefiniował epigenetykę jako "strukturalną adaptację regionów chromosomalnych w celu rejestrowania, sygnalizowania lub utrwalania zmienionych stanów aktywności". Definicja ta obejmuje naprawę DNA lub fazy podziału komórek i stabilne zmiany przez pokolenia komórek. Wyklucza inne, takie jak priony, chyba że wpływają one na funkcję chromosomów.

Projekt NIH Roadmap Epigenomics posługuje się definicją: "...Dla celów tego programu, epigenetyka odnosi się zarówno do dziedzicznych zmian w aktywności i ekspresji genów (w potomstwie komórek lub osobników), jak również stabilnych, długoterminowych zmian w potencjale transkrypcyjnym komórki".

W 2008 roku na spotkaniu w Cold Spring Harbor opracowano konsensusową definicję cechy epigenetycznej: "stabilnie dziedziczny fenotyp wynikający ze zmian w chromosomie bez zmian w sekwencji DNA".

Rzetelna i czytelna relacja pochodzi z gazety The Guardian.

Przykłady

Najlepszym przykładem zmian epigenetycznych u eukariotów jest proces różnicowania się komórek. Podczas morfogenezy uogólnione komórki macierzyste stają się liniami komórkowymi zarodka, które z kolei stają się komórkami w pełni zróżnicowanymi. Innymi słowy, pojedyncza zapłodniona komórka jajowa - zygota - dzieli się i przekształca we wszystkie liczne typy komórek: neurony, komórki mięśniowe, nabłonek, naczynia krwionośne itd.

W trakcie rozwoju zarodka niektóre geny są włączane, podczas gdy inne są wyłączane lub moderowane. Proces ten nazywany jest regulacją genów. Wewnątrz jądra komórkowego znajduje się wiele molekuł, które regulują pracę genów.

DNA i histony tworzą coś, co nazywa się chromatyną. Modyfikacje epigenetyczne chromatyny są kopiowane podczas podziału komórki. W ten sposób powstaje linia komórek, z których wszystkie są do siebie podobne. To się nazywa tkanka.

Mejoza anuluje zmiany epigenetyczne i resetuje genom do stanu wyjściowego, więc proces ten rozwija się w każdym nowym pokoleniu. Istnieją pewne wyjątki od tej reguły, ale żaden z nich nie dotyczy zmian w sekwencjach par zasad DNA.

Proces ten różni się od mutacji DNA. Mutacje genetyczne zmieniają pierwotną sekwencję DNA, a mutacje mogą wystąpić w każdej komórce. Jednak tylko mutacje w komórkach biorących udział w reprodukcji mogą mieć wpływ na potomstwo.

Pytania i odpowiedzi

P: Co to jest epigenetyka?

O: Epigenetyka to badanie zmian w aktywności genów, które nie są spowodowane zmianami w sekwencji DNA. Jest to nauka o ekspresji genów, czyli o tym, jak geny wywołują swoje efekty fenotypowe.

P: Jak długo trwają zmiany epigenetyczne?

O: Zmiany epigenetyczne mogą pozostać do końca życia komórki, a nawet mogą trwać przez wiele pokoleń komórek w wyniku podziałów komórkowych.

P: Czy podczas epigenetyki następuje zmiana w podstawowej sekwencji DNA?

O: Nie, podczas epigenetyki nie dochodzi do zmiany podstawowej sekwencji DNA organizmu. Zamiast tego czynniki niedziedziczne powodują, że geny zachowują się inaczej bez zmiany ich genetycznej struktury.

P: Jakie mechanizmy działania wykorzystuje epigenetyka?

O: Epigenetyka działa poprzez takie mechanizmy jak metylacja DNA.

P: Czy czynniki epigenetyczne działają również w wieku dorosłym?

O: Tak, czynniki epigenetyczne mogą utrzymywać się w wieku dorosłym.

P: W jaki sposób geny wyrażają się inaczej dzięki epigenetyce? O: Geny wyrażają się inaczej z powodu czynników niedziedzicznych, które powodują, że zachowują się inaczej bez zmiany ich genetycznej struktury.

P: Czy każdy organizm ma swój własny, niepowtarzalny zestaw procesów epigenetycznych?

O: Tak, każdy organizm ma swój własny, niepowtarzalny zestaw procesów epigenetycznych, które decydują o tym, jak jego geny będą wyrażane w czasie i przez pokolenia.