A legjobb példa a hatás ...
A tudomány a huszadik században feltárta, hogy a biológiai információkat DNS formájában tárolják és reprodukálják. De az élő organizmusokra számos olyan mechanizmus is hatással van, amelyek befolyásolják a gének expresszióját. Az epigenetika ezeket a mechanizmusokat tanulmányozza.
A rejtély megoldása
Az epigenetikai mechanizmusokkal kapcsolatos első elképzelések a tudományos közösségben az 1970-es és 1980-as években jelentek meg. A legtöbb kémiai változás a DNS vagy a csomagolásában részt vevő fehérjék esetében történt. Ezen kémiai jelölések vagy jelölések némelyike elősegíti a génaktivitást, vagyis lehetővé teszi egy génfehérje termelését, míg mások ennek ellenkező hatása van, letiltva egy gén aktivitását.
A gének aktivitásának szabályozására szolgáló fő módszereket feltételezzük, hogy transzkripciós faktorok, olyan fehérjék segítségével hajtják végre, amelyek egy gén közelében lévő DNS szakaszhoz tapadnak, amelyet kontroll régiónak neveznek, annak aktiválásához vagy deaktiválásához. Úgy tűnik, hogy az epigenetikai változások kiegészítik a transzkripciós faktorok aktivitását.
Az első felfedezett példa a DNS-metilezés volt, amely egy kis kémiai alegységet, metilcsoportot nevez, amely hozzáadódik a DNS-hez. A DNS-kód "betűi" köztudottan 4 típusú nitrogénbázisból állnak: adenin, citozin, guanin és timin. Több évtizede tudjuk, hogy a DNS kis mennyiségben tartalmaz egy ötödik bázist, metilezett citozint is, de csak az 1970-es évek végén vált lehetővé a genom azon helyének feltérképezése, ahol ez a megváltozott bázis megjelent.
Elképesztő mintázat alakult ki: a DNS metilációja a genom nagy részében végbemegy, de általában egyértelműen hiányzik a gének kontroll régióiból. Fontos, hogy amikor a kontroll régiót metilezzük, a gént nem lehet aktiválni, és úgy tekintjük, hogy elnémult (génexpressziós némítási folyamat).
Egy gén kontrollrégiójának metilezésével például a nőstény X-kromoszómájának egyikét elhallgattatják, és biztosítják, hogy a sperma és a petesejt képződésében szerepet játszó gének inaktiválódjanak a test többi részén. Ugyanilyen fontos, hogy a DNS-metilációs minták másolódnak, amikor a DNS replikálódik, és így az őssejtből a leánysejtekbe kerülnek, amikor egy sejt megoszlik. Ez a sejtről sejtre történő átvitel képessége megmagyarázza, hogy az epigenetikus tényezők által végzett genetikai csendesítés miért olyan stabil az idő múlásával.
Ezért az epigenetika neve?
Az epigenetika fiatal tudomány, és még az "epigenetika" szó jelentése is vita tárgyát képezi. Általános nézet, hogy olyan változásokra utal, amelyek öröklődhetnek egy sejten belül, és amelyek nem járnak a DNS-szekvencia változásával. Az öröklődés hangsúlyozása azt jelenti, hogy a csomagolásában szerepet játszó DNS vagy fehérjék kémiai változásain túlmenően ez az ötlet olyan RNS-szekvenciákra is utal, amelyek aktiválnak vagy deaktiválnak egy gént, sőt az átírás. Még olyan örökletes jelenségek is bekerülhetnek, amelyeknek semmi köze a DNS-hez, például az önreplikáló prionok.
Egy alternatív definíció a csomagolásában szerepet játszó DNS és fehérjék kémiai változásaira összpontosít, akár örökletes, akár nem.
A definíciókkal kapcsolatos viták a végtelenségig folytatódhatnak. Végül is nem kell túlságosan aggódnunk azért, hogy ezeket a biológiai folyamatokat hívják. Amire valóban szükségünk van, annak megismerése, hogy ezek az összetett rendszerek hogyan hatnak egymással a genom aktivitásának befolyásolására.
Felfedezés
A 20. században rendkívüli igazság jött létre, amely kifejezi, hogy a biológiai információkat DNS formájában tárolják, olvassák és reprodukálják. Génjeinket úgy lehet elképzelni, mint az élethez szükséges funkciókat ellátó fehérjéket kódoló nitrogén bázis szekvenciák formájában megírt információs csomagok.
Az "epigenetika" kifejezés a génaktivitást befolyásoló molekuláris mechanizmusok széles körére utal. Az epigenetikus "kapcsolók" aktiválnak vagy deaktiválnak egy gént. Tartós hatásokat produkálnak, amelyek a sejtosztódás, sőt néha a nemi szaporodás után is fennmaradhatnak. Az emberi genom projektje, még ha annyira ambiciózus is volt, csak egy kaland kezdetének bizonyult az élet biológiai modelljének megértése érdekében. A szemünk most az epigén felé fordul.
Az első nyomok
Az 1950-es évek folyamán a genetika nevű képzésben a tudomány területéről kezdett megjelenni egy hatalmas elv, amely az életutasítások generációról generációra történő kódolására és továbbadására vonatkozott. És az öröklődés mégsem tűnt mindig a szabályoknak. Például a kukoricában a magot kontrolláló gén hatása időnként eltűnt, csak a későbbi generációkban jelentkezett újra. Hogyan zajlott le egy gén hatásának ez a megjelenése és eltűnése?
Ugyanebben az évtizedben később valami hasonlót fedeztek fel az állatoknál, amely jelenség ezúttal nemi kromoszómákat érintett. Az emlősöknél a hímeknek X és Y kromoszómájuk van, míg a nőstényeknek két X kromoszómájuk van. A nőknél az X kromoszóma gének kétszeres dózisának elkerülése érdekében az embrió minden sejtjéből véletlenszerűen kiválasztanak egy X kromoszómát. és véglegesen le van tiltva. Az X-kromoszóma inaktiválódásának folyamata a magzat fejlődésének korai szakaszában történik, és a magzati fejlődéssel együtt több sejtosztódás során stabilan továbbterjed.
Ezt a folyamatot nőstény teknősbéka macskák (különböző színű szőrzetű macskák) szemléltetik, amelyekben a szőrzet színét kódoló gén van jelen az X kromoszómán. Különböző színű jellegzetes szőrterületeik a hámsejtek területeinek eredményeként dezaktiválták egyik vagy másik X-kromoszómájukat.
Néhány évvel később felfedezték a gének elnémításának kevésbé nyilvánvaló változatát, az úgynevezett "nyomtatást". A gének kettős számban vannak jelen a test minden sejtjében - egy-egy a két szülőtől. Egyes gének azonban a szülőtől függően másképp viselkednek.
Klasszikus példa az IGF2 nevű jelzőmolekuláért felelős gén vagy az inzulinstimuláló növekedési faktor 2, amely elősegíti a magzat fejlődését. Az apától származó IGF2 gén aktiválódik, míg az anyától származó gén véglegesen inaktiválódik.
Úgy tűnik, hogy ennek a "nyomtatásnak" evolúciós szempontból van értelme, az apákat jobban érdekli az idősebb gyermekek vállalása - az anyának többet kell nyernie, ha megőrzi erőforrásait a jövőbeli gyermekek számára. De honnan lehetne egy gén "tudni", hogy anyjától vagy apjától örökölte?
Az 1980-as évek elején a tudósok kezdték azt hinni, hogy ezek, csakúgy, mint más szokatlan felfedezések, egy modell részét képezik, és valójában ugyanazon jelenség szempontjai lehetnek. Ezek mindegyike magában foglalja a génaktivitás állandó változásait, amelyek nem magukban a DNS-szekvenciában mutatnak be mutációkat.
A DNS még mindig jelen van teljes egészében, de egy részét a genetikán túlmutató hatás befolyásolja, így az "epigenetika" kifejezés valamilyen módon megakadályozza a normális működését.
Az epigenetika egyik legvitatottabb aspektusa a környezet azon képessége, hogy gének helyett inkább testünket és viselkedésünket befolyásolja. Ne feledje azonban, hogy a mai napig felfedezett epigenetikai mechanizmusok többsége a testen belüli, nem pedig külső belső korlátokra reagál, ideértve az X kromoszóma inaktiválását, a génnyomtatást és a génexpresszió rendszeresítését az anyaméhben töltött idő alatt. Valójában nemrégiben bizonyíték van arra, hogy a kezdeti DNS-metilációs minták legfőbb meghatározója maga a DNS-szekvencia - ami arra utal, hogy végül génjeinké az utolsó szó.
Bizonyos esetekben azonban a tápközeg volt felelős a DNS-metilációs minták befolyásolásáért. A legjobb példa az étrend hatását jelenti egy szokatlan színű, agouti nevű egértípusra. Normális esetben az ilyen típusú egerek fiókáinak szőrszíne sárgától sötétbarnáig változik, az "agouti" génnek köszönhetően. De ha a terhes anyát bizonyos vitaminokban és aminosavakban gazdag táplálékkal táplálják, amelyek gazdagok metilcsoportokban, akkor sokkal sötétebb barna fiókákat szül.
Az „agouti” gén metilációval szembeni nagy érzékenysége a szomszédos „transzpozonoknak” köszönhető; ezek rövid DNS-szekvenciák, amelyek véletlenszerűen eloszlottak az egész genomunkban. Ha a metiláció mértéke alacsony, a transzpozon szokatlan agouti szinteket indít el, amelyek sárga egerek megjelenéséhez vezetnek. A metiláció mértékének mesterséges növelése viszont inaktiválja a transzpozonokat, ami barna egerek megjelenéséhez vezet. Míg a metilben gazdag étrend szerény mértékben megnöveli a DNS-metiláció mértékét az egész genomban, csak az agouti közelében lévő transzpozon tűnik túlérzékenynek erre a növekedésre.
Tehát a környezeti megnyilvánulások természetesebb környezetben befolyásolhatják a genetikai rendszereket? Tudjuk, hogy a terhesség alatti állapotoknak, beleértve az anyai étrendet is, hosszú távon következményei vannak az utódok felnőttkori egészségére. Például azok az emberek, akiknek anyja terhesség alatt alultáplált volt, felnőttkorukban nagyobb eséllyel szenvednek szívbetegségekben és cukorbetegségben. Az epigenetikai mechanizmusok szerepet játszhatnak ebben az esetben, bár az eddig megszerzett bizonyítékok nem meggyőzőek.
Egyesek úgy vélik, hogy ezek a hatások evolúciósan adaptívak; az utód anyagcseréje felkészült egy olyan világra, amelyben a lét nehéz, és a felesleges kalóriákat kell tárolni. Természetesen, ha a létezés könnyűnek bizonyul, ez a folyamat kontraproduktívvá válna.
Szembetűnő példában azok a patkánykölykök, akiket az anyjuk elhanyagol a fészekben érettségükkor, félénk és rémült felnőttekké válnak. Bizonyíték van arra, hogy ezt DNS-metilezéssel érik el a stresszválaszért felelős gén esetében.
A metilezésről úgy gondolják, hogy "lassítja" a gént, ami tartós szorongáshoz vezet. Az evolúciós alkalmazkodóképesség elmélete szerint ez a folyamat felkészíti az egereket egy nehéz környezetre, növelve a kockázatkerülésüket.
Talán még vitatottabb, egy tanulmány hasonló mélyreható hatásokat javasolt az embereknél. Erre a következtetésre a gyermekkorban bántalmazott öngyilkos áldozatok post-mortem elemzései révén jutottak. A szerzők azt az elképzelést javasolták, hogy a bántalmazás fokozza az emberi stressz-válasz gén metilációját, ami egész életen át tartó mellékhatásokhoz vezet. A tanulmány azonban kicsi volt, és a hatások meglehetősen gyengék voltak, ezért még korai határozott következtetéseket levonni.
A fenti szöveg az azonnali-szakértői-epigenetikai cikk fordítása, amelyet a New Scientist adott ki. A Scientia.ro az egyetlen szervezet, amely felelős az esetleges fordítási hibákért, a Reed Business Information Ltd és a New Scientist nem vállal felelősséget ezzel kapcsolatban.
Fordítás: Alexandru Huţupanu
Hozzászólhat a fiók használatát az oldalon, az FB, a Twitter vagy a Google által, vagy látogatóként (regisztráció nélkül). A látogatók számára a megjegyzések mérsékeltek (admin jóváhagyta).