Epigenetik: kodeholderen


Epigenetik: kodeholderen

I de seneste år har opmærksomheden i stigende grad vendt sig væk fra DNA-koden og mod den måde, som DNA er pakket og proteinerne, der interagerer med det. Disse såkaldte epigenetiske faktorer er arvelige, reversible og enormt indflydelsesrige.

Når det kommer til DNA, er den måde, den er pakket på, lige så vigtig som koden.

I løbet af de sidste par årtier er epigenetik blevet et varmt videnskabeligt emne.

Med potentielle roller i kræft, neuropsykiatriske lidelser og immunforstyrrelser er det ikke overraskende, at epigenetik er en sådan intens opmærksomhed.

Vejen i hvilke gener der udtrykkes er utrolig kompleks; Det kræver den uendeligt detaljerede koordinering af flere molekylære spillere.

Epigenetik skaber et ekstra lag af kompleksitet, som forskere kun nu begynder at forstå.

Hver celle i vores krop (undtagen et lille par) indeholder nøjagtigt det samme DNA. Imidlertid er ikke alle dele af DNA'et aktive samtidig. En levercelle vil for eksempel have forskellige dele af DNA "tændt" til en hudcelle eller muskelcelle.

Epigenetiske mekanismer er ansvarlige for at sikre, at den korrekte DNA-information er udtrykt i hver specifik celletype.

På samme måde gennem hele vores liv kan visse gener tavles eller udtrykkes. Disse svingende ekspressionshastigheder kan påvirkes af et utal af livshændelser og adfærd - for eksempel hvor vi bor, miljøforurening, aldring og motion.

Definitionen af ​​epigenetik

I årenes løb er ordene "epigenese" og "epigenetik" blevet brugt til at henvise til forskellige - og lejlighedsvis overlappende - aspekter af biologi. Lige for nylig er der opnået enighed om dens betydning.

I 2008 blev der på et Cold Spring Harbour-møde opklaret forvirringen en gang for alle. En definition for "epigenetik" blev foreslået, diskuteret og accepteret:

En stabilt arvelig fænotype som følge af ændringer i et kromosom uden ændringer i DNA-sekvensen."

En organismes fænotype er det komplette billede af dets egenskaber eller træk - alt fra dets knoglestruktur til dets biokemiske processer, fra dets opførsel til øjets farve.

Naturligvis er en organisms fænotype påvirket af dens genetiske kode. Men som forskning i epigenetik har udviklet og avanceret, har forskere opdaget, at nogle træk kan udvikles og passeres fra generation til generation uden ændringer i gensekvensen (genotype).

Ved første øjekast virker dette som en spilleskifter, og det er virkelig - en ændring i fænotype uden en ændring i genotype.

Epigenetikforskning har vist, at en miljøfaktor - som f.eks. Lever i et røgfyldt miljø - kan ændre visse aspekter af måden generene fungerer (men ikke baseparerne selv), som derefter videreføres til kommende generationer.

En filmbaseret analogi kan hjælpe med at forstå epigenetikernes rolle: hvis vi forestiller os, at det menneskelige liv er en lang film, er cellerne skuespillere og skuespillerinder. DNA er scriptet og fortæller skuespillerne hvad de skal gøre. Ordene i scriptet er DNA-sekvensen, og scenens retninger i scriptet, der giver specifikke kommandoer til skuespillerne, er generne.

I dette scenario er epigenetik regissøren. Skriften kan forblive den samme, men direktøren har beføjelse til at fjerne bestemte scener eller dele af dialog.

Tarmens epigenetik

Epigenetiske ændringer ændrer den måde, hvorpå visse gener aktiveres, men ikke sekvensen af ​​DNA-koden. Dette kan ske på en række måder, og for at forstå dem hjælper det lidt ved at forstå lidt om de involverede molekylære strukturer:

Kromatin: Grundlaget for kromosomer

Kromatin består af protein, RNA og DNA - det er hvad kromosomer er sammensat af. I kernerne i vores celler opbevares DNA og dets associerede proteiner i form af chromatin.

Eventuelle DNA-relaterede processer, ligesom replikation, finder sted, medens DNA opbevares som chromatin, snarere end på DNA i sin nøgne form.

Histoner: DNA spoler

Inden for chromatin er nogle af de mest vitale spillere histoner; DNA er viklet og krøllet rundt om disse proteiner, så det kan pakkes og opbevares i cellens kernes relative grænser. De siges ofte at ligne spoler, med strenge af DNA indpakket omkring dem.

Selvom tæt pakket, giver histoner mulighed for, at DNA går gennem replikation og reparation, samtidig med at deres struktur opretholdes.

Nukleosom: Grundlæggende enhed af DNA-emballage

Et nukleosom er den grundlæggende underenhed af chromatin, der beskytter de delikate tråde af DNA. Hver nukleosom består af en kerne af otte histonproteiner og en DNA-strækning.

I modsætning til de fleste globulære proteiner har histoner lange "haler", der stikker ud fra nukleosomerne. Disse hale-lignende strukturer hjælper med at holde grupper af nukleosomer sammen og tjener også som lærredet til epigenetisk indflydelse.

Kromatin er organiseret i gentagende enheder kendt som nukleosomer.

Histonhaler kan gennemgå en række kemiske modifikationer, herunder acetylering, methylering og phosphorylering. Disse epigenetiske haleændringer har en virkning på måden, hvorpå DNA replikeres og repareres.

Histonhaler er kun en region, hvor epigenetik kan påvirke DNA-processer. For eksempel kan såkaldte chromatin remodeling komplekser midlertidigt justere, hvordan kondenseret chromatin er - jo mindre tæt chromatin er pakket, jo lettere er det for proteiner at få adgang til DNA'et og foretage replikation eller andre ændringer.

Kort sagt kan måden, hvorpå en celle aktiverer eller læser DNA's kode, ændres ved at ændre den måde, den pakkes på. Der er ikke behov for at tilpasse rækkefølgen af ​​DNA'ets kode for at ændre organismens fænotype.

Disse epigenetiske mekanismer, herunder methylering, ændringer i histoner og nukleosomændringer er arvelige og benævnes epigenomet.

Metylering i sygdom

Det mest studerede aspekt af epigenetik er rollen som methylering. Kort sagt er methylering en proces, hvor methylgrupper tilsættes til DNA; Dette har oftest den virkning at undertrykke gentransskription (det første trin i DNA-replikation, hvor DNA kopieres til RNA).

En undersøgelse i 1969 var den første, der tyder på, at methylering af DNA kan være vigtig for langvarig hukommelse. Siden da er langsomt forståelsen af ​​betydningen af ​​methylering og dens rolle i en række sygdomme.

Immunforstyrrelser

Bevis er samlet i de seneste år, hvilket viser, at et tab af epigenetisk kontrol over komplekse immunforsvar kan bidrage til autoimmune sygdomme. For eksempel er unormal methylering af T-celler blevet målt hos patienter med lupus - en autoimmun sygdom karakteriseret ved inflammation og multipelorganskade.

Andre undersøgelser har også vist, at methylering kan være vigtig ved reumatoid arthritis, en anden autoimmun tilstand.

Neuropsykiatriske lidelser

Visse psykiatriske, autistiske og neurodegenerative lidelser ser ud til at have en epigenetisk komponent, der involverer methylering - især DNA-methyltransferaser (DNMT), en familie af enzymer involveret i methylering af DNA.

Andre undersøgelser har fundet en potentiel rolle for methylering i Alzheimers sygdom. En undersøgelse bemærkede, at selv i hjernen hos Alzheimers patienter, der endnu ikke havde udviklet symptomer, blev gener forbundet med Alzheimers methyleret forskelligt fra normale hjerner.

Der har også været en rolle for methylering i autisme. Autopsier af autistiske hjerner afslørede en mangel i MECP2 (methyl CpG bindende protein 2), et medlem af en familie af proteiner, der binder til methyleret DNA og aktiverer dem.

Epigenetika og kræft

Kræft er kendt for at have en stærk genetisk komponent. Det antages nu, at epigenetiske faktorer har en dyb indflydelse og indflydelse på forskellige aspekter af dens progression.

I 1983 var kræft den første menneskelige sygdom forbundet med epigenetik. Forskerne fandt, at gener inden for kolorektal cancerceller var signifikant mindre methylerede end normalt væv.

Det er nu kendt, at for lidt methylering kan skabe ustabilitet i kromosomer og aktivere onkogener; Og for meget methylering kan initiere silencing af generne der er ansvarlige for at undertrykke tumorer.

Fordi epigenetik indebærer reversible ændringer i aspekter af kromatin, kan vores forståelse for sin rolle i forskellige sygdomme føre til innovative nye behandlinger. En undersøgelse offentliggjort i carcinogenese I 2009 siger:

Det faktum, at epigenetiske aberrationer, i modsætning til genetiske mutationer, er potentielt reversible og kan genoprettes til deres normale tilstand ved epigenetisk behandling gør sådanne initiativer lovende og terapeutisk relevante."

Epigenetik, som et fagområde, er stadig i sin barndom. På grund af sin omfattende indflydelse på sundhed og sygdom er det sandsynligt, at resultater fra den forskning, som den springer, vil være indsigt. Kun tid vil fortælle, hvor meget indflydelse epigenetik har over os og vores afkom, og hvor meget indflydelse medicinsk videnskab i sidste ende vil have over det.

Epigenetik - Was wird eigentlich vererbt? Das Gedächtnis der Gene einfach erklärt (Video Medicinsk Og Professionel 2022).

Afsnit Spørgsmål På Medicin: Medicinsk praksis