epigenetics คืออะไร กุญแจสู่ความเข้าใจ

DNA สำคัญแค่ไหน. รหัสพันธุกรรมเป็นส่วนสำคัญของชีวิต, ในกรณีของมนุษย์มันจะเก็บข้อมูลที่ช่วยให้สิ่งมีชีวิตพัฒนาท่ามกลางยีนเกือบ 20,000 ชนิดที่ประกอบขึ้นเป็นจีโนม เซลล์ทั้งหมดของร่างกายเดียวกันมี DNA เหมือนกัน.

ดังนั้นเป็นไปได้อย่างไรที่พวกเขาทำหน้าที่แตกต่างกัน? หรือค่อนข้างเซลล์ประสาทเป็นเซลล์ประสาทและไม่ได้เป็นเซลล์ตับถ้าพวกเขานำเสนอดีเอ็นเอเดียวกัน? คำตอบอยู่ที่ epigenetics.

• บทความที่เกี่ยวข้อง: "พันธุศาสตร์และพฤติกรรม: ยีนตัดสินใจว่าเราจะทำอย่างไร"

epigenetics คืออะไร?

แม้ว่ามันจะมีข้อมูลอยู่ แต่สายโซ่ของกรด deoxyribonucleic นั้นไม่ใช่ทุกอย่างเนื่องจากมีองค์ประกอบที่สำคัญซึ่งเป็นสภาพแวดล้อม นี่คือคำว่า epigenetics "เกี่ยวกับพันธุศาสตร์" หรือ "นอกเหนือจากพันธุกรรม".

มีปัจจัยภายนอกรหัสพันธุกรรมที่ควบคุมอยู่ การแสดงออกของยีนที่แตกต่างกัน แต่มักจะรักษาลำดับดีเอ็นเอไม่เป็นอันตราย มันเป็นกลไกที่มีความเกี่ยวข้อง: ถ้ายีนทั้งหมดมีการใช้งานในเวลาเดียวกันมันจะไม่เป็นผลดีใด ๆ ซึ่งจำเป็นต้องมีการควบคุมการแสดงออก.

คำว่า epigenetics ได้รับการประกาศเกียรติคุณจากนักพันธุศาสตร์ชาวสก็อต Conrad Hal Waddington ในปี 1942 เพื่ออ้างถึง ศึกษาความสัมพันธ์ของยีนและสิ่งแวดล้อม.

วิธีที่ง่ายต่อการเข้าใจ epigenesis ให้ฉันโดยเพื่อนที่ดีกับตัวอย่างนี้: ถ้าเราคิดว่า DNA เป็นห้องสมุดยีนเป็นหนังสือและการแสดงออกทางพันธุกรรมเป็นบรรณารักษ์ แต่ห้องสมุดเองฝุ่นชั้นวางของไฟ ... ทุกสิ่งที่ป้องกันหรือช่วยเหลือบรรณารักษ์ในการเข้าถึงหนังสือจะเป็น epigenetics.

ความจริงก็คือ จีโนมมนุษย์ประกอบด้วยยีนมากกว่า 20,000 ยีน, แต่สิ่งเหล่านี้อาจไม่ทำงานในเวลาเดียวกัน ขึ้นอยู่กับชนิดของเซลล์ในระยะการพัฒนาคือสิ่งมีชีวิตหรือแม้แต่สภาพแวดล้อมที่ชีวิตของแต่ละบุคคลจะมียีนที่ใช้งานอยู่บางส่วนและอื่น ๆ จะไม่ การปรากฏตัวของกลุ่มโปรตีนที่รับผิดชอบในการควบคุมการแสดงออกของยีนโดยไม่ต้องแก้ไขลำดับดีเอ็นเอนั่นคือโดยไม่ทำให้เกิดการกลายพันธุ์หรือ translocations อนุญาตให้สิ่งนี้.

รู้จัก epigenome

แนวคิดของ epigenome เกิดมาจากการปรากฏตัวของ epigenetics และไม่มากกว่าส่วนประกอบทั้งหมดที่เป็นส่วนหนึ่งของการควบคุมการแสดงออกของยีนนี้.

ซึ่งแตกต่างจากจีโนมซึ่งยังคงมีเสถียรภาพและไม่เปลี่ยนรูปตั้งแต่แรกเกิดถึงอายุ (หรือควรจะเป็น), epigenome เป็นแบบไดนามิกและตัวแปร ตลอดการพัฒนามีการเปลี่ยนแปลง, สามารถได้รับผลกระทบจากสภาพแวดล้อม, และมันก็ไม่เหมือนกันตามชนิดของเซลล์ หากต้องการสร้างผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจะเห็นได้ว่าการบริโภคยาสูบมีผลกระทบทางลบต่อ epigenome ซึ่งเป็นที่โปรดปรานของการปรากฏตัวของมะเร็ง.

ก่อนดำเนินการต่อจำเป็นต้องมีการตรวจสอบพันธุกรรมโดยย่อเพื่อทำความเข้าใจวัตถุประสงค์ของ DNA รหัสพันธุกรรมประกอบด้วยยีน แต่ด้วยเหตุผลอย่างนี้จึงไม่มีผลกระทบใด ๆ โดยทั่วไปแล้วมันเป็นสิ่งจำเป็นที่เรียกว่าโปรตีนคอมเพล็กซ์ RNA polymerase "อ่าน" ยีนนี้แล้วคัดลอก สำหรับกรดนิวคลีอิกชนิดอื่นที่เรียกว่า "messenger RNA" (mRNA) ซึ่งประกอบด้วยการแยกส่วนของยีนที่อ่านเท่านั้น.

มีความจำเป็นที่ RNA ที่ได้รับนี้จะถูกแปลเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายซึ่งไม่มีใครนอกจากโปรตีนที่เกิดขึ้นจากคอมเพล็กซ์โมเลกุลอื่นที่เรียกว่าไรโบโซมซึ่งสังเคราะห์โปรตีนจาก mRNA ชัดเจนว่ามันทำงานอย่างไรฉันยังคง.

กลไก Epigenetic

ดีเอ็นเอเป็นโครงสร้างที่มีขนาดใหญ่มากซึ่งในกรณีของมนุษย์มีความยาวเกือบสองเมตรมากกว่าเส้นผ่าศูนย์กลางของเซลล์ใด ๆ.

ธรรมชาติฉลาดและพบวิธีที่จะลดขนาดและบรรจุมันอย่างมากภายในนิวเคลียสของเซลล์: ขอบคุณ โปรตีนโครงสร้างที่เรียกว่า "ฮิสโตน", ซึ่งแบ่งออกเป็นกลุ่มละแปดกลุ่มเพื่อสร้างนิวคลีโอโซมสนับสนุนโซ่ดีเอ็นเอให้พันรอบตัวมันและพับให้สะดวก.

โซ่ DNA ไม่ได้มีขนาดกะทัดรัดอย่างสมบูรณ์ทำให้ส่วนที่ว่างมากขึ้นสำหรับเซลล์เพื่อทำหน้าที่ของมัน ความจริงก็คือการพับทำให้การอ่านของยีนโดย RNA polymerase เป็นเรื่องยากดังนั้นจึงไม่สามารถพับแบบเดียวกันในเซลล์ต่าง ๆ ได้ โดยไม่อนุญาตให้เข้าถึง RNA polymerase คุณคือ การออกกำลังกายควบคุมการแสดงออกของยีน โดยไม่ต้องแก้ไขลำดับ.

มันจะง่ายมากถ้ามันเป็นแค่นี้ แต่ epigenome นอกจากนี้ยังใช้ประโยชน์จากเครื่องหมายเคมี. สิ่งที่รู้จักกันดีที่สุดคือ DNA methylation ซึ่งประกอบด้วยการรวมตัวกันของกลุ่มเมทิล (-CH3) กับกรด เครื่องหมายนี้ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของมันทั้งสามารถกระตุ้นการอ่านของยีนและป้องกันไม่ให้มันถูกเข้าถึงโดย RNA polymerase.

เป็น epigenome ที่สืบทอดมา?

จีโนมซึ่งคงที่อยู่ได้รับการสืบทอด ของผู้ปกครองของแต่ละบุคคล แต่สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นกับ epigenome หรือไม่? หัวข้อนี้นำมาซึ่งความขัดแย้งและข้อสงสัยมากมาย.

โปรดจำไว้ว่า epigenome นั้นไม่เหมือนรหัสพันธุกรรม มีกลุ่มวิทยาศาสตร์ที่เชื่อว่ามันเป็นสิ่งสืบทอดเช่นกันและตัวอย่างที่เกิดขึ้นบ่อยที่สุดที่เปิดเผยเป็นกรณีของหมู่บ้านหนึ่งในสวีเดนที่หลาน ๆ ของปู่ย่าตายายที่มีประสบการณ์ความอดอยากมีชีวิตยืนยาวขึ้น.

ปัญหาหลักของการศึกษาประเภทนี้คือพวกเขาไม่ได้อธิบายกระบวนการ แต่เป็นเพียงการคาดเดาโดยไม่มีการสาธิตที่ช่วยแก้ข้อสงสัย.

สำหรับผู้ที่เชื่อว่า epigenome ไม่ได้สืบทอดพวกเขาจะขึ้นอยู่กับการศึกษาที่เผยให้เห็นครอบครัวของยีนที่มีหน้าที่หลักคือ รีสตาร์ท epigenome ใน zygote. อย่างไรก็ตามการศึกษาเดียวกันทำให้เห็นได้ชัดว่า epigenome เริ่มต้นใหม่ไม่สมบูรณ์ แต่ 5% ของยีนหนีกระบวนการนี้ทิ้งประตูเล็ก ๆ ไว้.

ความสำคัญของ epigenetics

ความสำคัญที่ได้รับจากการศึกษาของ epigenetics ก็คือมันสามารถเป็นวิธีที่จะ ตรวจสอบและทำความเข้าใจกระบวนการชีวิต เช่นอายุกระบวนการทางจิตหรือเซลล์ต้นกำเนิด.

สาขาที่ได้รับผลลัพธ์มากขึ้นคือความเข้าใจในชีววิทยาของมะเร็งโดยมองหาเป้าหมายเพื่อสร้างการรักษาด้วยยาใหม่เพื่อต่อสู้กับโรคนี้.

ริ้วรอย

ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ในข้อความ epigenome ในแต่ละเซลล์จะเปลี่ยนไปตามขั้นตอนของการพัฒนาที่บุคคลนั้นเป็น.

มีการศึกษาที่พิสูจน์เรื่องนี้ ตัวอย่างเช่นจะได้รับการสังเกตว่า จีโนมแตกต่างกันในสมองของมนุษย์ ตั้งแต่แรกเกิดถึงกำหนดในขณะที่ในวัยผู้ใหญ่จนถึงวัยชรายังคงมีเสถียรภาพ ในระหว่างอายุมีการเปลี่ยนแปลงอีกครั้ง แต่คราวนี้ลงแทนขึ้น.

สำหรับการศึกษานี้พวกเขามุ่งเน้นไปที่ DNA methylations โดยเห็นว่าพวกเขาสร้างขึ้นในช่วงวัยรุ่นและลดลงในวัยชรา ในกรณีนี้, การขาดเมทิลเลชั่นเป็นอุปสรรคต่อการทำงานของ RNA polymerase, ซึ่งนำไปสู่การลดประสิทธิภาพในส่วนของเซลล์ประสาท.

ในฐานะที่เป็นแอปพลิเคชันสำหรับทำความเข้าใจเกี่ยวกับอายุมีการศึกษาที่ใช้รูปแบบของ DNA methylation ในเซลล์ของสายเลือดเป็นตัวบ่งชี้อายุทางชีวภาพ บางครั้งอายุตามลำดับไม่ตรงกับอายุทางชีวภาพและด้วยการใช้รูปแบบนี้อย่างใดอย่างหนึ่งสามารถทราบสุขภาพและการตายของผู้ป่วยในทางที่เป็นรูปธรรมมากขึ้น.

โรคมะเร็งและโรค

มะเร็งเป็นเซลล์ที่มีเหตุผลบางอย่างที่ไม่เฉพาะในเนื้อเยื่อของต้นกำเนิดและเริ่มประพฤติราวกับว่ามันเป็นเซลล์ที่แตกต่างโดยไม่มีการ จำกัด การแพร่กระจายหรือย้ายไปยังเนื้อเยื่ออื่น ๆ.

เหตุผลมันเป็นเรื่องปกติที่จะคิดว่าการเปลี่ยนแปลงใน epigenome สามารถทำให้เซลล์กลายเป็นมะเร็ง โดยมีผลต่อการแสดงออกของยีน.

ใน DNA นั้นมี ยีนที่รู้จักกันในชื่อ "ผู้ยับยั้งมะเร็ง"; ชื่อของมันเองระบุว่าฟังก์ชั่นของมันคืออะไร ในบางกรณีของโรคมะเร็งจะได้รับการเห็นว่ายีนเหล่านี้มี methylated เพื่อให้พวกเขาปิดการใช้งานของยีน.

ปัจจุบันจุดมุ่งหมายคือการศึกษาว่า epigenetics มีผลต่อโรคชนิดอื่นหรือไม่ มีหลักฐานแสดงให้เห็นว่ามันมีส่วนเกี่ยวข้องในภาวะหลอดเลือดและในบางประเภทของความเจ็บป่วยทางจิต.

การใช้งานทางการแพทย์

อุตสาหกรรมยามีความสนใจใน epigenome ซึ่งต้องขอบคุณพลวัตซึ่งเป็นเป้าหมายที่เป็นไปได้สำหรับการรักษาในอนาคต พวกเขากำลังถูกนำไปใช้จริง การรักษาโรคมะเร็งบางชนิด, ส่วนใหญ่ในมะเร็งเม็ดเลือดขาวและมะเร็งต่อมน้ำเหลืองที่ยาเสพติดเป้าหมาย DNA methylation.

ควรสังเกตว่าสิ่งนี้มีประสิทธิภาพตราบใดที่ต้นกำเนิดของมะเร็งนั้นเป็น epigenetic และไม่ใช่อีกอย่างเช่นการกลายพันธุ์.

อย่างไรก็ตามความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดคือการได้รับข้อมูลทั้งหมดเกี่ยวกับ epigenome ของมนุษย์โดยการหาลำดับจีโนมของมนุษย์ ด้วยความรู้ที่กว้างขึ้นในอนาคต คุณสามารถคิดค้นวิธีการรักษาที่เป็นส่วนตัวมากขึ้น และเป็นรายบุคคลเพื่อให้สามารถทราบความต้องการของเซลล์ของพื้นที่ที่เสียหายในผู้ป่วยเฉพาะราย.

วิทยาศาสตร์ต้องการเวลามากกว่านี้

Epigenetics เป็นสาขาการวิจัยที่ค่อนข้างเร็วและจำเป็นต้องมีการศึกษาเพิ่มเติมเพื่อทำความเข้าใจกับหัวข้อนี้มากขึ้น.

สิ่งที่ต้องชัดเจนคือ epigenetics นั้น ประกอบด้วยกฎการแสดงออกทางพันธุกรรม ที่ไม่ได้แก้ไขลำดับดีเอ็นเอ ไม่ใช่เรื่องแปลกที่จะค้นหาการอ้างอิงที่ผิดพลาดไปยัง epigenetics ในกรณีของการกลายพันธุ์เช่น.