genetika

  • Eva Miadoková külső szerkesztő
  • 2018. február 20

Az epigenetika a genetika fokozatosan fejlődő területe, amelynek középpontjában a génexpresszió szabályozásáért felelős mechanizmusok tanulmányozása áll. Az epigenetikai mechanizmusok meghatározzák, hogy az adott gén mikor és hol nyilvánul meg, azaz j. aktiválódik-e vagy elnyomja-e a kifejezését, t. j. inaktiválva, ezzel megváltoztatva/korrigálva a gének "teljesítményét". Az epigenetika olyan specifikus folyamatokat/mechanizmusokat vizsgál, amelyek stimulálják vagy kiküszöbölik génjeinket. Hogy génjeink megnyilvánulnak-e, azt nem a szerkezetük (vagy a nukleotidok sorrendje/szekvenciája - a specifikus géneket alkotó DNS alapvető építőkövei) határozza meg, hanem az epigenetikai mechanizmusok és a külső/külső hatások, ill. az epigenetikus folyamatokat kiváltó/kiváltó tényezők.

Epimutációk

Az epigenetika szinonimává vált azoknak a jelenségeknek a tanulmányozásával, amelyekhez a tulajdonságok és jellemzők változása nem jár mutáció (állandó genetikai örökletes változás), de az ún. epimutáció, t. j. általában egy DNS vagy fehérjék (hisztonok) makromolekulájának kémiai módosításával anélkül, hogy közvetlenül beavatkoznának magába a géngénbe. Más szavakkal, az epigenetika a génexpresszió változásait vizsgálja, amelyek kémiai szinten közvetlenül az egyes géneknél fordulnak elő. A nukleotidok sorrendje nem változik, de az epimutáció megváltoztatja a gén aktivitását vagy funkcionalitását. Az igaz génmutációktól eltérően, amelyek nagyrészt véletlenszerűek (nem mindig) és többnyire irreverzibilisek, az epimutációk/epigenetikai változások sok esetben meglepően visszafordíthatók és kontrollálhatók.

Élet és epimutáció könyve

Az epigenetika szemléletes alapelvei a következő példával magyarázhatók. Ha összehasonlítjuk a DNS-t az "élet könyvével", akkor az epigenetikai folyamatok megakadályozzák, hogy bizonyos oldalakat olvassunk belőle, például amikor akaratlanul is hozzánk tapadnak. Még akkor is, ha a könyv ezen oldalai és betűi megtalálhatók és sértetlenek maradnak (mivel a nukleotidszekvencia/DNS-szekvencia megmarad), nem olvashatjuk el az információkat, mert az olvasás (génexpresszió) megakadályozza az oldalakhoz való ragaszkodást (epigenetikai változás). Ez a folyamat visszafordítható, ahogy a könyv oldalai is kis erőfeszítéssel kibogozhatók, a sejteknek módjukban áll visszavonni egy epigenetikai változást (ebben az esetben inaktiválni/kikapcsolni a géneket) és újraaktiválni ezeket a géneket. Az epigenetikus változások a génexpresszióban (epimutációk) hosszú ideig fennmaradhatnak, és továbbadódhatnak a jövő generációinak. Az epimutációk, akárcsak a génmutációk, öröklődnek. Ez azt jelenti, hogy az epigenetikai tulajdonságok egyszerű "örökletes memóriát" hozhatnak létre, ami sok csodálatot és vitát váltott ki sok tudós körében.

Valami a történelemből

Az epigenetika elnevezést, amely a görög "επι/beyond, above" szóból származik, először az angol fejlődésbiológus, embriológus, genetikus és filozófus, Conrad Hal Waddington (1905 - 1975) használta. Undorodva a biológia akkori trendjeitől, egyre inkább a "gének virtuális világába" és a statisztikákba menekülve, C. H. Waddington "az 1940-es években a biológiaipart hívta fel a gének és termékeik kölcsönhatásainak tanulmányozására" - epigenetikának. Megértette az epigenetikát valamiben, ami meghaladja a genetikát, ill. az akkori kutatásainak hatókörén kívül és a folyamatok ismeretéhez vezet az ún Msgstr "Virtuális zászlók". Az epigenetika kifejezést kezdetben tág és homályos értelemben használták arra, hogy minden eddig teljesen megmagyarázhatatlan embriológiai folyamatra utaljon, valamint hogy tisztázza az organizmusok embrionális fejlődésének folyamatáért felelős gének expressziójának (expressziójának) komplex szabályozását. A múltban számos biológus úgy vélte, hogy az epigenetika több, mint genetika.

Az ellentmondások és viták vége

Ma már minden szakértő számára egyértelmű, hogy a genetika és az epigenetika (genetika kontra epigenetika) mesterséges ellentmondások mesterséges létrehozása egyszerűen nem megfelelő. Ma a tudományos közösségben senki nem foglalkozik az epigenetika felsőbbrendűségének kérdésével a genetikával szemben, és a modern biológusok feleslegesnek és értelmetlennek tartják a "téma" vitáit. A modern epigenetika a genetika fontos része. Átvitt értelemben a következőképpen határozhatnánk meg a genetika és az epigenetika kapcsolatát: a genetika hardver, az epigenetika pedig szoftver. A gén rögzítettnek tekinthető (a hardver része), de amikor egy másik programot (szoftvert) illesztünk bele, elkezdhetjük új funkcióit, t. j. azokon kívül, amelyek eddig "futottak". A figuratív kifejezéstől a valóságig, sőt, néhány laikus számára a megdöbbentő következtetés érvényes, hogy a kifejezés, ill. az összes gén expressziója epigenetikailag befolyásolható.

Epigenetikus mechanizmusok

Emberben az epigenetikus mechanizmusok négy típusa a legfontosabb: DNS-metiláció, a hisztonok kémiai módosítása (olyan fehérjék, amelyek körül a nukleoszómáknak nevezett DNS-képző struktúrák kromoszómákba burkolódnak) és a kapcsolódó kromatin (a kromoszómákat alkotó test) változásai és a kicsi, nem kódoló molekulák.RNS. A tudósok figyelme eleinte főleg a metilezésre ("címkék" - metilcsoportok, CH3 hozzáadása) vagy a DNS demetilezésére (a "címkék" eltávolítása) irányult. Ezekben az epigenetikai folyamatokban a metilcsoportok vagy kapcsolódnak bizonyos DNS-szekvenciákhoz, vagy eltávolításra kerülnek a DNS-molekula bizonyos helyeiről, ezáltal befolyásolják annak aktivitását (vagy a gének működését) anélkül, hogy megváltoztatnák a DNS szerkezetét vagy működését. DNS nukleotidszekvencia.

Az emberi sejtekben a DNS-metilezés és a demetilezés pótolhatatlan szerepet játszik a sejtnek egy adott időpontban szükséges specifikus gének kikapcsolásában (inaktiválásában) vagy bekapcsolásában (aktiválásában), a sejtek differenciálódásában/specializációjában vagy az egész fejlődése során. szervezet. Váratlanul kiderült, hogy különféle külső tényezők befolyásolhatják azt a helyet, ahol a metil-tagek kapcsolódnak a DNS-hez, és ezáltal az expressziójukat gátló gének.

Először nagy meglepetés volt, amikor megtudtuk, hogy a metiláció az azonos (azonos) genetikai felépítésű egyének teljes differenciálódásához vezethet. Szemléltető példa a méh/királynő és a munkás, akiknek génjei teljesen azonosak, de különböznek a gének eltérő metilációjától. A méhek metilezett génjeinek különbségét eltérő táplálkozásuk okozza. Így az étel az egyik külső tényező, amely kiválthatja a DNS metilációját, és ezáltal befolyásolhatja a rovarok megjelenését és "funkcionális osztályozását".

Az étrend megváltoztatásával a gének demetilezhetők is, ezzel kiváltva az ideiglenesen diszfunkcionális gének aktiválódását. Például a kis mennyiségű vörösbor rendszeres ivása a resveratrol jelenlétének köszönhetően lehetővé teszi az antioxidáns folyamatokban részt vevő gének aktiválódását (az úgynevezett francia paradoxon).

Mi a kis, nem kódoló RNS-ek "epigenetikus" szerepe?

A kicsi, nem kódoló RNS-ek leggyakrabban egy gén expresszióját akadályozzák meg azzal, hogy elhallgattatják, teljesen hasítva az ún. elsődleges átirat, t. j. a génexpresszió/expresszió első fázisában keletkezett mRNS, azaz j. átírás. (Emlékezzünk vissza, hogy a génexpresszió génátírási és transzlációs/transzlációs folyamatokból áll). Az elvégzett feladat miatt az expresszió második fázisa - a transzláció - nem valósulhat meg, és így a gén funkcionálisan kiütött. Más esetekben a kis RNS-ek egy specifikus fehérjével (az úgynevezett Argonaut) együttesen blokkolják az elsődleges transzkriptum (mRNS) által kódolt fehérje transzlációját.

A hiszton módosítások a génaktivitást is szabályozzák

A DNS-metiláció és a kérdéses gén működését gátló kis RNS-ek szabályozó hatása mellett a hiszton fehérjék kémiai módosítása (epimutációk, pl. Metilációjuk, acetilációjuk, foszforilációjuk stb.) Szintén nagy hatással vannak a gén aktivitására . Döntenek arról, hogy a DNS lazán vagy szorosan körbefogja-e a hisztonokat, azaz j. hozzáférhető-e a génátírási folyamathoz vagy sem. Ha egy gént nem írnak át, az azt jelenti, hogy a gén egyáltalán nem "működik" a testben, annak ellenére, hogy jelen van. A kezdetben diszfunkcionális géneket azonban hiszton-acetilezéssel "újraéleszteni" lehet. Amikor epigenetikus címkék - acetilcsoportok - kapcsolódnak olyan hisztonokhoz, amelyek körül a DNS szorosan be van tekerve kromoszómákba (létrehozva egy nukleoszómának nevezett struktúrát), a csipet felszabadul és a gén aktiválódik. A helyzet analóg a helyiségvilágítással. Még ha van is egy lámpa (gének) a szobában, ez még nem jelenti azt, hogy fény van a szobában. A lámpának be kell kapcsolnia (hiszton-acetilezés).

Milyen szerepet játszik az epigenetika a rákban?

Külső tényezőként befolyásolják a gének expresszióját?

A genetikai és az epigenetikai folyamatok összekapcsolódnak. Egy laikus sem veti már kétségbe, hogy a gének felelősek-e tulajdonságaikért és tulajdonságainkért ("génekben van bennünk", "a génjeink felelősek mindenért"), amelynek megnyilvánulása (epigenetikus feloldás, blokkolás) számos befolyástól és tényezőtől függ (pl. táplálkozás, életmód, stressz stb.) környezet. Egyszerűen fogalmazva, ezeket a tényezőket kiválthatja az a tény, hogy ezek a tényezők kiváltják az epigenetikus folyamatokat, és így közvetetten/közvetve döntenek arról, hogy az egyes gének aktiválódnak-e vagy elnyomódnak-e.

A pozitív és negatív tapasztalatok hatása a génexpresszióra

Nemcsak a táplálkozás, de még a negatív tapasztalatok, a gyermek elhanyagolása, a kábítószer-fogyasztás vagy más súlyos stresszes helyzetek is lehetővé teszik a gének jelzését az indukált biokémiai epigenetikai változásokon keresztül, hogy meg kell-e nyilvánulniuk és milyen erősen nyilvánulnak meg. Az új megállapításokkal összhangban az epigenetika az ember és ősei traumatikus tapasztalataira épül, amelyek "molekuláris hegeket" hagytak. címkék a jövő generációk DNS-ére. Átvitt értelemben véve elődeink tapasztalatait az epigenetikának köszönhetően. Számos tudományos tanulmány rámutatott arra, hogy a kedvezőtlen életkörülmények és tapasztalatok hosszan tartó epigenetikai nyomokat hagynak az emberekben, és akár depressziót is okozhatnak a DNS-metiláció és a hiszton-módosítás változásai révén. Bebizonyosodott, hogy nemcsak maga a depresszió, hanem az antidepresszánsokkal való kezelés is összefügg az epigenetikus mechanizmusok, különösen a DNS-metiláció hatására bekövetkező dinamikus változásokkal.

Anyai gondoskodás

Éppen ellenkezőleg, néhány epigenetikai tanulmány kimutatta, hogy egy gyermekkel vagy fiatallal rendelkező anya kedves bánásmódja jelentősen befolyásolja epigenetikai hajlamait a pszichológiai területen. Az anyai szempontból elhanyagolt és nem elhanyagolt egerek összehasonlításakor nagy epigenetikai különbségek jelentek meg a mentális egyensúlyban, képességekben és intelligenciában. Az epigenetika területén kiemelkedő szakértő, Moshe Szyf professzor kísérletileg bebizonyította, hogy az anyai gondozás megváltoztatja génjeinek "beállítását" az egér utódainak agyában, ami felnőttkorban is megnyilvánulhat, pl. azáltal, hogy befolyásolja a stressz hormon (glükokortikoid) kortizol szintjét a vérben. M. Szyf professzor megállapította, hogy a patkánykölykök vérében a glükokortikoid stressz hormonok szintjének növekedését, amelyet az anya rosszul gondozott, a glükokortikoid receptor gén elégtelen metilációja okozta, amely szabályozza ezeknek a stresszhormonoknak a szintjét a vérben. Az ilyen elhanyagolt kölyköket a stresszre adott fokozott válasz jellemzi.

A glükokortikoid receptor gén metilációjával kapcsolatban a kutatók emberen is végeztek kutatásokat. Megállapították, hogy azoknak a gyermekeknek, akiknek anyja különböző okok miatt szenvedett a terhesség alatt, valamint a születésükkor bántalmazott gyermekeknél sokkal metiláltabb gén volt, ami később befolyásolta felnőttek viselkedését. A stresszre adott fokozott válasz mellett a glükokortikoid receptor gén fokozott metilációja növeli az elhízás, a depresszió és egyes autoimmun betegségek kockázatát is.

Epigenetikus folyamatok és addiktív anyagok

Az epigenetikus folyamatok révén a szervezet még ellenálló képességet is kialakíthat a gyógyszerekkel és az alkohollal szemben. Amikor egy személy alkoholt fogyaszt, az epigenetikus folyamatok fokozzák az alkohol-dehidrogenáz enzim termelését a májsejtekben. Minél nagyobb az alkoholfogyasztás, annál több alkoholt termel a máj-dehidrogenáz. Az ellenkezője is igaz. Hosszan tartó absztinencia után az alkohol-dehidrogenáz termelése jelentősen csökken, és egy személy "kevesebb ideig tart". A test ugyanis lelassította az alkohol-dehidrogenáz termelését, amikor már nem volt rá szüksége. Ugyanez a mechanizmus vonatkozik más addiktív anyagokra, gyógyszerekre vagy koffeinre is.

Mikor és miért hagyják abba az azonos ikrek, hogy hasonlítsanak egymásra?

A genetikai berendezések epigenetikusan befolyásolhatók még idős korban is. Ezt ikreken végzett epigenetikai vizsgálatok igazolták. Akik együtt éltek, vagy gyakran találkoztak, és ugyanazok a szokásaik, étkezési és egyéb szokásaik voltak, ugyanazok a gének aktiválódtak, és DNS-molekuláik szinte azonosak voltak. Az ikrek, akik nem töltöttek annyi időt együtt, különböző helyeken éltek, nemcsak hogy kevésbé voltak hasonlóak, hanem más szokásaik és jellemzőik is voltak. DNSük eltérő metilezése a hibás. Érdemes megjegyezni azt is, hogy az ikermetiláció különbségei az életkor előrehaladtával nőnek.

Azok a gének, amelyeket születésünkkor kapunk a koszorúban, nem az egyetlen rendezője az élettörténetünknek. Noha életük forgatókönyvének megírásához való hozzájárulás döntő fontosságú, az epigenetika jelentősen meghatározza a jövőbeni életünket is. Mivel epigenetikai profilunk az élet folyamán változik, és az epigenetikus folyamatokat a DNS-be beágyazó epigenetikai markerek átterjedhetnek a negyedik generációba, rajtunk múlik, hogy kihasználjuk-e azt a reményt, amelyet az epigenetika adhat nekünk, és megpróbáljuk legalább részben epigenetikus folyamatokat végrehajtani pozitív befolyás. Életünk során azonban sok mindenen változtatnunk kell, többek között értékeinken, életmódunkon, étkezési szokásainkon, fizikai aktivitásunkon, stresszes helyzetek átélésén, érzelmeken stb.

Szerző: prof. RNDr. Eva Miadoková, dr. a pozsonyi Comenius Egyetem Természettudományi Karának Reach-en belüli Science Reach szerkesztőségének

Fotó a cikkben: prof. Archívumából RNDr. Eva Miadoková, dr.