Epigenetyka

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania

Epigenetyka – badanie dziedziczności pozagenowej. Termin ten w biologii ma dwa bliskoznaczne znaczenia:

  1. badanie mechanizmów związanych z rozwojem, polegających na powstaniu cech dziedziczonych przez komórki potomne, które nie są związane z mutacjami w DNA. Przykładami procesów epigenetycznych w tym rozumieniu są między innymi:
  2. badanie dziedziczności pozagenowej, w szczególności cech, które nie są determinowane sekwencją jądrowego DNA. Przykładami procesów epigenetycznych w tym rozumieniu są np.

Czasami dziedziczenie mitochondrialne zalicza się do zjawisk epigenetycznych, ze względu na odziedziczalność cech niezgodną z prawami Mendla i niezależną od genów jądrowych, lecz nie jest szczególnie poprawne, gdyż wiąże się z mutacjami w DNA mitochondrialnym.


Historia terminu[edytuj | edytuj kod]

Termin epigenetyka został zaproponowany przez C.H. Waddingtona na wyjaśnienie mechanizmów różnicowania w rozwoju organizmów w jego teorii pejzażu epigenetycznego. Słowo epigenetyka powstało z połączenia słów epigeneza oraz genetyka.

Mechanizm molekularny zjawisk epigenetycznych[edytuj | edytuj kod]

Mechanizmy epigenetyki są zróżnicowane i nie we wszystkich przypadkach wyjaśnione. Niewyjaśnione mechanizmy epigenetyczne należą do najbardziej interesujących, nierozwiązanych, problemów współczesnej biologii. Stabilne, odziedziczalne, wyciszenie ekspresji ma związek z chemicznymi modyfikacjami białek histonowych i DNA.

Metylacja cytozyny[edytuj | edytuj kod]

Information icon.svg Zobacz też: Metylacja DNA.

Przyłączenie grupy metylowej do cytozyny, leży u podłoża trwałego unieczynnienia ekspresji genu. Znakowany w ten sposób obszar przekształca się w heterochromatynę, poprzez przyłączenie białek heterochromatynowych specyficznie rozpoznających metylowany DNA. Odwrócenie tego procesu jest możliwe, lecz trudne. Zachodzi między innymi w procesie transferu jądrowego i jest nazywane reprogramowaniem epigenetycznym.

Posttranslacyjne modyfikacje histonów[edytuj | edytuj kod]

Białka histonowe leżą u podstaw wielu procesów dziedziczenia epigenetycznego. Białka te mogą ulegać modyfikacjom posttranslacyjnym polegającym na przyłączeniu różnych dodatkowych cząsteczek lub grup funkcyjnych (takich jak grupa metylowa, acetylowa, fosforanowa, białko ubikwityna) do aminokwasów: lizyny i argininy. Modyfikacje takie mogą być sygnałem dla białek przebudowywujących chromatynę. Chromatyna może być kondensowana (heterochromatynizacja) w miejscu gdzie występuje taka modyfikacja, co zatrzymuje ekspresję genów. Przykładem może być metylacja histonu H3 na dziewiątym aminokwasie (lizyna), która u wielu organizmów powoduje zmniejszenie ekspresji genów. Znane są modyfikacje histonów powodujące rozluźnienie struktury chromatyny i zwiększenie poziomu ekspresji genów. Warto zauważyć, że wpływ modyfikacji posttranslacyjnych histonów na stopień kondensacji chromatyny i ekspresję genów nie zależy tylko od rodzaju modyfikacji (metylacja, acetylacja, fosforylacja itp.), ale także od miejsca wystąpienia takiej modyfikacji na białku histonowym. Metylacja lizyny 9 histonu H3 może powodować zupełnie inny efekt niż metylacja lizyny 4. Jedna cząsteczka histonu może być modyfikowana w wielu miejscach, co dodatkowo utrudnia badania.

Hipoteza kodu histonowego[edytuj | edytuj kod]

Badacze zajmujący się wpływem posttranslacyjnych modyfikacji histonów wysunęli hipotezę kodu histonowego, rozumianego jako zespół reguł mówiących o roli konkretnych modyfikacji histonów w regulacji struktury chromatyny i ekspresji genów. Prowadzone są liczne badania nad posttranslacyjnymi modyfikacjami histonów i ich funkcją w dziedziczeniu epigenetycznym, jednak do tej pory nie znaleziono uniwersalnego zespołu zasad, który można by nazwać kodem histonowym. Wydaje się, że kod histonowy będzie różny dla różnych organizmów (nie będzie uniwersalny).

Priony drożdżowe[edytuj | edytuj kod]

Pewne cechy drożdży, które dziedziczą się w sposób epigenetyczny, są determinowane przez obecność prionów. Przykładami są URE3 będący prionową wersją białka Ure2p, związanego z katabolizmem związków azotowych.

Wymazywanie pamięci epigenetycznej[edytuj | edytuj kod]

Najprostszym sposobem na wymazanie tego rodzaju zmian jest po prostu zaprzestanie ich odtwarzania w komórkach potomnych. Mimo tego istnieje kilka mechanizmów aktywnego usuwania modyfikacji chromatyny oraz histonów. Przykładowo istnieje co najmniej kilka enzymów HDAC (deacetylazy histonowej), istnieją też enzymy o aktywności demetylaz usuwające grupy metylowe z histonów i DNA (przykładowo taka aktywna demetylacja chromatyny zachodzi podczas wczesnej embriogenezy ssaków. W czasie rozwoju roślin niektóre geny są specyficznie demetylowane przy pomocy glikozylazy DNA DEMETER.

Zaburzenia epigenetyczne u ludzi[edytuj | edytuj kod]

Istnieje szeroka gama chorób związanych bezpośrednio lub pośrednio z zaburzeniami natury epigenetycznej. Niektóre choroby nowotworowe są wywołane przez defekty impritingu rodzicielskiego, natomiast arterioskleroza wiąże się z zaburzeniami w różnicowaniu się niektórych komórek mięśni gładkich. Poniższa lista ukazuje przykładowe schorzenia wywołane zaburzeniami epigenetycznymi podczas ontogenezy.

  • zespół łamliwego chromosomu X
  • zespół Retta
  • zespół ICF (powiązany z defektem acetylotransferazy DNA)
  • zespół ATR-X (wywołany zaburzeniami w metylacji DNA)
  • zespół BWS (uszkodzony zespół impritingowanych genów ojcowskich)