Δύο γενετικά πανομοιότυπα αρσενικά πανομοιότυπα δίδυμα που μεγάλωσαν στο ίδιο περιβάλλον παρουσίασαν πολύ διαφορετικές νευρολογικές λειτουργίες. Και τα δύο δίδυμα έφεραν την ίδια μετάλλαξη στο γονίδιο της αδρενολευκοδυστροφίας (ALD), ωστόσο, ένα από τα δίδυμα είχε: τύφλωση, προβλήματα ισορροπίας και απώλεια μυελίνης στον εγκέφαλο—χαρακτηριστικά χαρακτηριστικά μιας προοδευτικής και θανατηφόρας νευρολογικής νόσου. το δεύτερο δίδυμο παρέμεινε υγιές. Το συμπέρασμα των ερευνητών που ανέφεραν αυτήν την κατάσταση ήταν ότι «ορισμένοι μη γενετικοί παράγοντες μπορεί να είναι σημαντικοί για διαφορετικούς φαινοτύπους ADL» (Korenke et al., 1996). Για το 1996, αυτό ήταν πράγματι ένα πολύ σημαντικό συμπέρασμα, παρά το γεγονός ότι η προσοχή της ιατρικής κυτταρογενετικής επικεντρώθηκε στην αλληλουχία νουκλεοτιδίων DNA. Εάν οι φαινοτυπικές παραλλαγές δεν μπορούν να εξηγηθούν από την αλληλουχία νουκλεοτιδίων του DNA, τότε μπορούν να εξηγηθούν από εξωτερικούς παράγοντες. Παρόμοια με τα πανομοιότυπα δίδυμα που δεν συμφωνούν με την ALD, πολλά πανομοιότυπα δίδυμα έχουν βρεθεί ότι είναι ασύμβατα για τη σχιζοφρένεια παρά τις παρόμοιες περιβαλλοντικές συνθήκες στις οποίες μεγάλωσαν (Petronis, 2004). Ευτυχώς, η έρευνα της τελευταίας δεκαετίας επικέντρωσε τελικά την προσοχή στις επιγενετικές αλλαγές (τροποποιήσεις γενετικών πληροφοριών που δεν επηρεάζουν τη νουκλεοτιδική αλληλουχία του DNA) ως πιθανή εξήγηση για αταίριαστους φαινοτύπους σε πανομοιότυπα δίδυμα και σε άτομα που, για τον ένα ή τον άλλο λόγο, έχουν τις ίδιες αλλαγές στην αλληλουχία του DNA (Dennis, 2003; Fraga et al., 2005).

Οι επιγενετικές τροποποιήσεις ελέγχουν τα πρότυπα γονιδιακής έκφρασης σε ένα κύτταρο. Αυτές οι τροποποιήσεις είναι σταθερές και κληρονομήσιμες, έτσι ώστε το μητρικό ηπατικό κύτταρο, μετά τη διαίρεση, σίγουρα θα δημιουργήσει άλλα ηπατικά κύτταρα. Στην περίπτωση των μη διαιρούμενων κυττάρων όπως οι νευρώνες, η προσαρμογή των περιοχών του χρωμοσώματος μέσω τροποποιήσεων της χρωματίνης παρέχει έναν μηχανισμό για τη διατήρηση (διατήρηση) της επιγενετικής πληροφορίας και πιθανώς τη μεσολάβηση της αναπαραγώγιμης απόκρισης των νευρώνων σε συγκεκριμένα ερεθίσματα. Ο επιγονότυπος (η επιγενετική κατάσταση του γονιδιωματικού τόπου) καθορίζεται με βάση την παρουσία ή την απουσία μεθυλίωσης του DNA, τροποποιήσεις χρωματίνης και μια ποικιλία μη κωδικοποιητικών δραστηριοτήτων RNA που απαιτούν περαιτέρω διευκρίνιση.

Στα θηλαστικά, η μεθυλίωση του DNA, το πιο καλά μελετημένο επιγενετικό σήμα, εμφανίζεται κυρίως σε συμμετρικά δινουκλεοτίδια CpG άνθρακα-5. Η κατάσταση της μεθυλίωσης του DNA διατηρείται μετά την κυτταρική διαίρεση μέσω της δραστηριότητας της μεθυλτρανσφεράσης 1 του DNA, η οποία μεθυλιώνει τα ημιμεθυλιωμένα δινουκλεοτίδια CpG στα θυγατρικά κύτταρα. Οι τροποποιήσεις της χρωματίνης περιλαμβάνουν ομοιοπολικές μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις των προεξεχόντων αμινοτελικών "ουρών" ιστόνης με την προσθήκη ακετυλίου, μεθυλίου, φωσφορικού, ουβικιτίνης ή άλλων ομάδων σε αυτές. Οι τροποποιήσεις μεθυλίου μπορεί να είναι μονο-, δι- ή τρι-μεθυλίωση. Αυτές οι τροποποιήσεις αποτελούν έναν πιθανό «κώδικα ιστόνης» που βρίσκεται κάτω από μια συγκεκριμένη δομή χρωματίνης, η οποία με τη σειρά της επηρεάζει την έκφραση γειτονικών γονιδίων. Δεδομένου ότι η χρωματίνη αποτελείται από πυκνά συσσωρευμένους κλώνους DNA που τυλίγονται γύρω από ιστόνες, το μοτίβο της αναδίπλωσης του DNA σε χρωματίνη αναμφίβολα αποτελεί τη βάση των αλλαγών στη γονιδιακή δραστηριότητα. Αν και οι κώδικες ιστόνης και οι δομές χρωματίνης μπορούν να μεταβιβαστούν σταθερά από τα γονικά στα θυγατρικά κύτταρα, οι μηχανισμοί που διέπουν την αντιγραφή τέτοιων δομών δεν είναι πλήρως κατανοητοί. Ο επιγονότυπος παρουσιάζει πλαστικότητα κατά την εμβρυϊκή ανάπτυξη και μεταγεννητικά, ανάλογα με τους περιβαλλοντικούς παράγοντες και την εμπειρία της ζωής (βλ. παρακάτω "Αλληλεπίδραση Επιγενετικής-Περιβάλλοντος"). Επομένως, δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι οι επιγονότυποι μπορούν να συμβάλλουν όχι μόνο σε διαταραχές της ανθρώπινης εμβρυϊκής ανάπτυξης, αλλά και σε μεταγεννητική παθολογία και ακόμη και σε ασθένειες των ενηλίκων. Μια σχετικά πρόσφατα ανακαλυφθείσα κατηγορία μορίων που παίζουν ρόλο στο επιγενετικό σήμα είναι μη κωδικοποιητικά μόρια RNA. Για πολλά χρόνια, η κατηγορία του RNA που δεν κωδικοποιεί πρωτεΐνες (ncRNA) περιελάμβανε μόνο RNA μεταφοράς, ριβοσωμικών και ματοσωμάτων. Ωστόσο, λόγω της διαθεσιμότητας των αλληλουχιών νουκλεοτιδίων των γονιδιωμάτων πολλών διαφορετικών οργανισμών, καθώς και λόγω των μελετών μοριακής γενετικής διασταύρωσης ειδών (από το Escherichia coli στον άνθρωπο), ο κατάλογος των ncRNA έχει διευρυνθεί και αυτό είχε ως αποτέλεσμα ταυτοποίηση εκατοντάδων μικρών ncRNAs, συμπεριλαμβανομένου μικρού πυρηνικού RNA (μικρό πυρηνικό RNA - snoRNA), microRNA (micro RNA - miRNA), βραχείας παρεμβολής RNA (short-interfering RNA - siRNA) και μικρού δίκλωνου RNA. Μερικά από αυτά τα μικρά μόρια RNA ρυθμίζουν τις τροποποιήσεις της χρωματίνης, την αποτύπωση, τη μεθυλίωση του DNA και τη μεταγραφική σίγαση, τα οποία συζητούνται λεπτομερώς στο κεφάλαιο "Σύστημα RNAi και ετεροχρωματίνης".

Η πρώτη σαφής απόδειξη του ρόλου που παίζει η επιγενετική στην ανθρώπινη ασθένεια ήρθε μετά την κατανόηση της γονιδιωματικής αποτύπωσης και τη διαπίστωση ότι ορισμένα γονίδια ρυθμίζονται από αυτόν τον μηχανισμό (Reik, 1989). Η γονιδιωματική αποτύπωση είναι μια μορφή επιγενετικής ρύθμισης στην οποία η έκφραση ενός γονιδίου εξαρτάται από το αν το γονίδιο κληρονομείται από τη μητέρα ή από τον πατέρα. Έτσι, άνιση έκφραση μητρικών και πατρικών αλληλόμορφων λαμβάνει χώρα στον αποτυπωμένο διπλοειδή τόπο. Σε κάθε γενιά, τα γονικά σήματα αποτύπωσης πρέπει να διαγράφονται, να "επανεκκινούνται" και να διατηρούνται, καθιστώντας έτσι τους τόπους αποτύπωσης ευάλωτους σε κάθε είδους σφάλμα που μπορεί να προκύψει κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας. Λάθη όπως μεταλλάξεις σε γονίδια που κωδικοποιούν πρωτεΐνες που εμπλέκονται στη μεθυλίωση του DNA, σύνδεση με μεθυλιωμένο DNA και τροποποιήσεις ιστόνης συμβάλλουν σε μια ταχέως αναπτυσσόμενη κατηγορία διαταραχών που επηρεάζουν

Η ταχεία μελέτη της επιγενετικής μας φέρνει πιο κοντά στην κατανόηση των πιο θεμελιωδών αρχών σχεδιασμού και λειτουργίας. εσωτερικά συστήματαόλους τους ζωντανούς οργανισμούς.

Γνωρίζατε ότι τα κύτταρά μας έχουν μνήμη; Θυμούνται όχι μόνο τι τρώτε συνήθως για πρωινό, αλλά και τι έτρωγαν η μητέρα και η γιαγιά σας κατά τη διάρκεια της εγκυμοσύνης. Τα κύτταρα θυμούνται καλά αν αθλείστε και πόσο συχνά πίνετε αλκοόλ. Η κυτταρική μνήμη αποθηκεύει τις συναντήσεις σας με ιούς* και το πόσο σας αγαπούσαν ως παιδί. Η κυτταρική μνήμη αποφασίζει εάν θα είστε επιρρεπείς στην παχυσαρκία και την κατάθλιψη. Και σε μεγάλο βαθμό λόγω της κυτταρικής μνήμης, διαφέρουμε από τους χιμπατζήδες, αν και έχουμε περίπου την ίδια σύνθεση του γονιδιώματος με αυτούς. Η επιστήμη της επιγενετικής έχει βοηθήσει να κατανοήσουμε αυτό το εκπληκτικό χαρακτηριστικό των κυττάρων μας.

* - Το ανοσοποιητικό σύστημα το κάνει αυτό με τον πιο αριστοτεχνικό τρόπο, διατηρώντας αντισώματα στους περισσότερους ιούς που έχουν ποτέ εισβάλει στο σώμα. Είναι τα μεμονωμένα προφίλ αυτών των αντισωμάτων που μπορούν τώρα να «διαβαστούν» χρησιμοποιώντας τη μέθοδο ViroScan και ολόκληρο το ιστορικό των μαχών του ανοσοποιητικού μπορεί να καταγραφεί χρησιμοποιώντας ένα μικρολίτρο αίματος: «Η έρευνα διεξάγεται από τη ViroScan. Η νέα προσέγγιση εντοπίζει τους περισσότερους ιούς που έχουν αντιμετωπίσει οι άνθρωποι»

επιγενετικά τοπία

Η επιγενετική είναι ένας αρκετά νέος κλάδος της σύγχρονης επιστήμης. Και ενώ δεν είναι τόσο γνωστή όσο η «αδερφή» της – γενετική. Μετάφραση από τα ελληνικά, το πρόθεμα "επι-" σημαίνει "πάνω", "πάνω", "πάνω". Εάν η γενετική μελετά τις διαδικασίες που οδηγούν σε αλλαγές στα γονίδιά μας, στο DNA, τότε η επιγενετική μελετά τις αλλαγές στη γονιδιακή δραστηριότητα, στις οποίες η πρωταρχική δομή του DNA παραμένει η ίδια. Η επιγενετική μοιάζει με έναν «διοικητή» που, ως απάντηση σε εξωτερικά ερεθίσματα (όπως διατροφή, συναισθηματικό στρες, σωματική δραστηριότητα), δίνει εντολή στα γονίδιά μας να αυξήσουν ή, αντίθετα, να αποδυναμώσουν τη δραστηριότητά τους.

* - Λεπτομέρειες σχετικά με τις επιγενετικές διεργασίες και τα σχετικά φαινόμενα περιγράφονται στα άρθρα: "Ανάπτυξη και επιγενετική, ή η ιστορία του μινώταυρου", "Επιγενετικό ρολόι: πόσο χρονών είναι το μεθύλιο σου;" , "About all the RNAs in the world, large and small", "The sixth DNA foundation: from discovery to recognition" .

Ίσως ο πιο ευρύχωρος και ταυτόχρονα ακριβής ορισμός ανήκει στον εξαιρετικό Άγγλο βιολόγο, βραβευμένο με Νόμπελ Peter Medawar: «Η γενετική προτείνει και η επιγενετική διαθέσει».

Η ανάπτυξη της επιγενετικής ως ξεχωριστής περιοχής της μοριακής βιολογίας ξεκίνησε τη δεκαετία του σαράντα του περασμένου αιώνα. Στη συνέχεια, ο Άγγλος γενετιστής Conrad Waddington διατύπωσε την έννοια του «επιγενετικού τοπίου» (Εικ. 1), η οποία εξηγεί τη διαδικασία σχηματισμού του οργανισμού. Πέρασαν αρκετές δεκαετίες πριν ληφθεί σοβαρά υπόψη η επιγενετική ως νέος επιστημονικός κλάδος. Αυτή η κατάσταση διατηρήθηκε για πολύ καιρό γιατί η επιγενετική, με τα συμπεράσματά της, υπονόμευσε τα δόγματα που είχαν καθιερωθεί στη γενετική. Για παράδειγμα, όσον αφορά την κληρονομικότητα επίκτητων χαρακτηριστικών. Η κατάσταση με την ανακάλυψη κινητών στοιχείων του γονιδιώματος, στην οποία λίγοι άνθρωποι ήθελαν να πιστέψουν για μισό αιώνα, σχεδόν αντικατόπτριζε την κατάσταση με την ανακάλυψη του B. McClintock. Αλλά μετά από μια σειρά καθοριστικών εργασιών που πραγματοποιήθηκαν στη δεκαετία του '70 του περασμένου αιώνα από τους John Gurdon, Robin Halliday, Boris Vanyushin και άλλους, η επιγενετική λήφθηκε τελικά στα σοβαρά. Και ήδη πρόσφατα, στο γύρισμα της χιλιετίας, διεξήχθησαν μια σειρά από λαμπρά πειράματα, μετά τα οποία κατέστη σαφές ότι οι επιγενετικοί μηχανισμοί επιρροής στο γονιδίωμα όχι μόνο διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στη λειτουργία των συστημάτων του σώματος, αλλά μπορούν επίσης να να κληρονομηθεί από πολλές γενιές. Αμέσως σε πολλά εργαστήρια, ελήφθησαν στοιχεία που έκαναν τους γενετιστές να σκεφτούν σκληρά.

Εικόνα 1. Κ.Χ. Ο Waddington και το σχέδιό του για το «επιγενετικό τοπίο».Η μπάλα στην κορυφή δείχνει τα αρχικά μη εξειδικευμένα κύτταρα του εμβρύου. Υπό την επίδραση γενετικών και επιγενετικών σημάτων, το κύτταρο θα λάβει μια τροχιά οντογένεσης (ανάπτυξης) και θα γίνει εξειδικευμένο - ένα κύτταρο της καρδιάς, του ήπατος κ.λπ. Εικόνα από www.computerra.ru.

Εικόνα 2. Μάτια δύο φρουτόμυγων.
Διαφορετικό χρώμα ματιών λόγω
επιγενετικές αλλαγές.
Εικόνα από το www.ethlife.ethz.ch.

Εικόνα 3. Πειραματικά ποντίκια από το εργαστήριο του Randy Jirtle.
Μπορεί να φανεί πώς συμβαίνει μια αλλαγή στο χρώμα του τριχώματος των μωρών ανάλογα με
από τη λήψη από τη μητέρα δοτών ομάδων μεθυλίου - φυλλικού οξέος,
βιταμίνη Β 12, χολίνη και μεθειονίνη. Σχέδιο από .

Οι επιστήμονες αναγκάστηκαν να βγάλουν ένα συγκλονιστικό συμπέρασμα: Οι επαγόμενες από το στρες επιγενετικές αλλαγές που δεν επηρεάζουν την αλληλουχία νουκλεοτιδίων του DNA μπορούν να διορθωθούν και να μεταδοθούν στις επόμενες γενιές!

Η μοίρα δεν είναι γραμμένη μόνο στα γονίδια

Αργότερα αποδείχθηκε ότι στους ανθρώπους, η επίδραση των επιγενετικών μηχανισμών (Εικ. 4, 5) είναι επίσης μεγάλη. Οι μελέτες που θα συζητηθούν περαιτέρω έχουν γίνει ευρέως γνωστές - αναφέρονται σχεδόν σε όλες επιστημονική εργασίαστην επιγενετική. Επιστήμονες από την Ολλανδία και τις Ηνωμένες Πολιτείες στα τέλη της δεκαετίας του 2000 εξέτασαν ηλικιωμένους Ολλανδούς που γεννήθηκαν αμέσως μετά τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο. Η περίοδος της εγκυμοσύνης των μητέρων τους συνέπεσε με μια πολύ δύσκολη περίοδο, όταν στην Ολλανδία τον χειμώνα του 1944-1945. υπήρχε πραγματική πείνα. Οι επιστήμονες κατάφεραν να αποδείξουν ότι το ισχυρό συναισθηματικό στρες και η μισή δίαιτα των μητέρων είχαν τον πιο αρνητικό αντίκτυπο στην υγεία των μελλοντικών παιδιών. Γεννημένοι με χαμηλό βάρος γέννησης, αυτοί ενήλικη ζωήείχαν πολλές φορές περισσότερες πιθανότητες να πάσχουν από καρδιακές παθήσεις, παχυσαρκία και διαβήτη από ότι οι συμπατριώτες τους που γεννήθηκαν ένα ή δύο χρόνια αργότερα (ή νωρίτερα).

Μια ανάλυση του γονιδιώματός τους έδειξε την απουσία μεθυλίωσης DNA σε εκείνες ακριβώς τις περιοχές όπου διασφαλίζει τη διατήρηση της καλής υγείας. Έτσι, σε ηλικιωμένους Ολλανδούς των οποίων οι μητέρες επέζησαν της πείνας, η μεθυλίωση του γονιδίου του αυξητικού παράγοντα 2 που μοιάζει με ινσουλίνη (IGF-2) μειώθηκε σημαντικά, λόγω του οποίου αυξήθηκε η ποσότητα του IGF-2 στο αίμα. Και αυτός ο παράγοντας, όπως γνωρίζετε, έχει αντίστροφη σχέση με το προσδόκιμο ζωής: όσο υψηλότερο είναι το επίπεδο IGF στο σώμα, τόσο μικρότερη είναι η διάρκεια ζωής.

Εικόνα 4. Δομή χρωματίνης και μηχανισμοί επιγενετικών τροποποιήσεων.Η χρωματίνη είναι ένα σύμπλεγμα πρωτεϊνών και νουκλεοτιδίων που παρέχει αξιόπιστη αποθήκευση και κανονική δουλειά DNA. Στα κύτταρά μας, η συσκευασία του DNA είναι σαν ένα κατάστημα κοσμημάτων. Διαφορετικά, είναι αδύνατο να χωρέσει μια έλικα DNA μήκους δύο μέτρων σε μια μικρή πυρήνα του κυττάρου. Ο κλώνος του DNA τυλίγεται σε μιάμιση στροφή σε πολυάριθμες "χάντρες", οι οποίες ονομάζονται νουκλεοσώματα.Αυτά τα νουκλεοσώματα, με τη σειρά τους, αποτελούνται από πολλές ειδικές πρωτεΐνες, ιστόνες. Οι ιστόνες έχουν "ουρές" - αυξήσεις πρωτεΐνης που μπορούν να επιμηκυνθούν ή να κοντύνουν με ειδικά ένζυμα. Το μήκος μιας τέτοιας «ουράς» επηρεάζει άμεσα το επίπεδο δραστηριότητας των γονιδίων που βρίσκονται κοντά της. Σχέδιο από.

Εάν υπάρχει πολύ λίγο φαγητό μετά τη γέννηση, αυτό βοηθά το σώμα να επιβιώσει. Εάν ο κόσμος στον οποίο εισέρχεται κάποιος αποδειχθεί πιο ευημερούν από ό,τι είχε προβλεφθεί, ένα τέτοιο «οικονομικό» μεταβολικό πρότυπο μπορεί να οδηγήσει σε παχυσαρκία και διαβήτη τύπου 2 αργότερα στη ζωή. Είναι αυτή η επιλογή που βλέπουμε πιο συχνά σήμερα.

Εικόνα 5. Κρυσταλλική δομή ακτίνων Χ του νουκλεοσώματος.Οι ιστόνες εμφανίζονται με κίτρινο, κόκκινο, μπλε και πράσινο. Σχέδιο από .

Η επιγενετική βοήθησε να εξαχθεί ένα πολύ σημαντικό συμπέρασμα: κυριολεκτικά ολόκληρη η μελλοντική ζωή του παιδιού θα εξαρτηθεί από το τι έτρωγε η μητέρα κατά τη διάρκεια της εγκυμοσύνης, σε ποια ψυχολογική κατάσταση βρισκόταν και πόσο χρόνο αφιέρωσε στο μωρό τα πρώτα χρόνια μετά τη γέννησή του. Αυτή τη στιγμή μπαίνουν τα θεμέλια όλων.

Μεθυλίωση DNA

Εικόνα 6. Μεθυλίωση βάσης κυτοσίνης DNA.Σχήμα μεθυλιωμένης κυτοσίνης. Πράσινο οβάλ με ένα βέλοςδείχνει το κύριο ένζυμο μεθυλίωσης - DNA μεθυλοτρανσφεράση (DNMT), κόκκινος κύκλος- μεθυλομάδα (-CH3). Εικόνα από τον ιστότοπο www.myshared.ru.

Η μεθυλίωση του DNA έχει τη μεγαλύτερη πρακτική σημασία όλων των επιγενετικών μηχανισμών, καθώς σχετίζεται άμεσα με τη διατροφή, τη συναισθηματική κατάσταση, την εγκεφαλική δραστηριότητα και άλλους παράγοντες. Αξίζει λοιπόν να μιλήσουμε για αυτό με περισσότερες λεπτομέρειες. Και θα ξεκινήσουμε με τη δίαιτα.

Σήμερα είναι ήδη γνωστό ότι πολλά τρόφιμα περιέχουν συστατικά που επηρεάζουν τις επιγενετικές διεργασίες με συγκεκριμένο τρόπο. Σχεδόν όλες οι γυναίκες γνωρίζουν ότι είναι πολύ σημαντικό να καταναλώνουν αρκετό φολικό οξύ κατά τη διάρκεια της εγκυμοσύνης. Η επιγενετική βοηθά στην κατανόηση της εξαιρετικής σημασίας αυτού του οξέος στη διατροφή: όλα έχουν να κάνουν με την ίδια τη μεθυλίωση του DNA. Το φολικό οξύ, μαζί με τη βιταμίνη Β12 και το αμινοξύ μεθειονίνη, είναι δότης («προμηθευτής») μεθυλομάδων απαραίτητων για τη φυσιολογική μεθυλίωση. Η μεθυλίωση εμπλέκεται άμεσα σε πολλές διαδικασίες που σχετίζονται με την ανάπτυξη και το σχηματισμό όλων των οργάνων και συστημάτων του παιδιού: στην αδρανοποίηση του χρωμοσώματος Χ στο έμβρυο, στη γονιδιωματική αποτύπωση και στη διαφοροποίηση των κυττάρων*. Κατά συνέπεια, λαμβάνοντας φυλλικό οξύ, η μέλλουσα μητέρα έχει καλές πιθανότητες να γεννήσει ένα υγιές παιδί χωρίς αποκλίσεις.

* - Αυτό περιγράφεται λεπτομερώς σε άρθρα για το "βιομόριο": "Το μυστηριώδες ταξίδι του μη κωδικοποιητικού Xist RNA κατά μήκος του χρωμοσώματος Χ" και "Ιστορίες από τη ζωή του χρωμοσώματος Χ ενός ερμαφρόδιτου στρογγυλού σκουληκιού" .

Η βιταμίνη Β12 και η μεθειονίνη είναι σχεδόν αδύνατο να ληφθούν από μια χορτοφαγική διατροφή, καθώς βρίσκονται κυρίως σε ζωικά προϊόντα. Και η ανεπάρκεια βιταμίνης Β12 και μεθειονίνης, που προκαλείται από τις δίαιτες αποφόρτισης μιας εγκύου, μπορεί να έχει τις πιο δυσάρεστες συνέπειες για το παιδί. Όχι πολύ καιρό πριν, ανακαλύφθηκε ότι η έλλειψη αυτών των δύο ουσιών στη διατροφή, καθώς και του φολικού οξέος, μπορεί να προκαλέσει παραβίαση της απόκλισης των χρωμοσωμάτων στο έμβρυο. Και αυτό αυξάνει κατά πολύ τον κίνδυνο απόκτησης παιδιού με σύνδρομο Down, που συνήθως θεωρείται ένα απλό τραγικό ατύχημα. Υπό το πρίσμα αυτών των γεγονότων, η ευθύνη των γονέων αυξάνεται πολύ και θα είναι πλέον δύσκολο να αποδοθούν τα πάντα σε ένα ατύχημα.

Είναι επίσης γνωστό ότι ο υποσιτισμός και το άγχος κατά τη διάρκεια της εγκυμοσύνης αλλάζουν προς το «χειρότερο» τη συγκέντρωση ορισμένων ορμονών στο σώμα της μητέρας και του εμβρύου: γλυκοκορτικοειδή, κατεχολαμίνες, ινσουλίνη, αυξητική ορμόνη κ.λπ. Εξαιτίας αυτού, αρνητικές επιγενετικές αλλαγές εμφανίζονται στο έμβρυο (αναδιαμόρφωση χρωματίνης) στα κύτταρα του υποθαλάμου και της υπόφυσης. Ποιος είναι ο κίνδυνος; Το γεγονός ότι το μωρό θα γεννηθεί με παραμορφωμένη λειτουργία του ρυθμιστικού συστήματος υποθαλάμου-υπόφυσης. Εξαιτίας αυτού, θα είναι λιγότερο ικανός να αντιμετωπίσει το άγχος πολύ διαφορετικής φύσης: με λοιμώξεις, σωματικό και ψυχικό στρες κ.λπ. Είναι προφανές ότι, τρώγοντας άσχημα και ανησυχώντας κατά τη διάρκεια της κύησης, η μητέρα κάνει το αγέννητο παιδί της ευάλωτο χαμένο από όλες τις πλευρές.

Πλαστικότητα επιγονιδιώματος: Κίνδυνοι και ευκαιρίες

Αποδείχθηκε ότι, όπως το άγχος και ο υποσιτισμός, πολλές ουσίες που διαστρεβλώνουν τις φυσιολογικές διαδικασίες ορμονικής ρύθμισης μπορούν να επηρεάσουν την υγεία του εμβρύου (Εικ. 7). Ονομάζονται «ενδοκρινικοί διαταράκτες» (καταστροφείς). Αυτές οι ουσίες, κατά κανόνα, είναι τεχνητής φύσης: η ανθρωπότητα τις λαμβάνει βιομηχανικά για τις ανάγκες της. Ίσως το πιο εντυπωσιακό και αρνητικό παράδειγμα είναι η δισφαινόλη Α, η οποία χρησιμοποιείται ως σκληρυντικό στην κατασκευή πλαστικών προϊόντων εδώ και πολλά χρόνια. Βρίσκεται σε όλα τα πλαστικά δοχεία που χρησιμοποιούνται σήμερα Βιομηχανία τροφίμων: σε πλαστικά μπουκάλιαγια νερό και ποτά, σε δοχεία τροφίμων και πολλά άλλα. Η δισφαινόλη Α υπάρχει σε τενεκέδεςκονσερβοποιημένα τρόφιμα και ποτά (είναι επενδεδυμένα με το εσωτερικό στρώμα των κουτιών), καθώς και σε σφραγίσματα δοντιών.

Εικόνα 7. Μοριακά συστατικά της ανάπτυξης αποκλίσεων υπό την επίδραση «ενδοκρινικών διαταρακτών»: δισφαινόλη Α (Α)και φθαλικές ενώσεις (Β). Σχέδιο από . Κάντε κλικ στην εικόνα για να τη δείτε σε πλήρες μέγεθος.

Είναι προφανές ότι, με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, ως αποτέλεσμα της επαφής των τροφίμων με πλαστικό, κάποιο μέρος της δισφαινόλης εισέρχεται στο ανθρώπινο σώμα. Οι συνέπειες ενός τέτοιου «εμπλουτισμού» βρίσκονται επί του παρόντος υπό ενεργό μελέτη. Όμως ήδη αναδεικνύονται ανησυχητικά γεγονότα.

Έτσι, βιολόγοι από την Ιατρική Σχολή του Χάρβαρντ - Katherine Rakowski και οι συνεργάτες της - ανακάλυψαν την ικανότητα της δισφαινόλης Α να αναστέλλει την ωρίμανση του ωαρίου και έτσι να οδηγεί σε στειρότητα. Η δισφαινόλη αύξησε σημαντικά τη συχνότητα των χρωμοσωμικών ανωμαλιών στα ωάρια. Το συμπέρασμα των επιστημόνων ήταν αδιαμφισβήτητο: «Δεδομένου ότι η επαφή με αυτή την ουσία συμβαίνει παντού, οι γιατροί πρέπει να γνωρίζουν ότι η δισφαινόλη Α μπορεί να προκαλέσει σημαντικές διαταραχές στο αναπαραγωγικό σύστημα».

Οι συνάδελφοί τους στο Πανεπιστήμιο Κολούμπια σε πειράματα με ζώα αποκάλυψαν ένα άλλο ανησυχητικό γεγονός. Ανακάλυψαν την ικανότητα της δισφαινόλης Α να διαγράφει τις διαφορές μεταξύ των φύλων και να διεγείρει τη γέννηση απογόνων με ομοφυλοφιλικές τάσεις. Υπό την επίδραση της δισφαινόλης, η φυσιολογική μεθυλίωση των γονιδίων που κωδικοποιούν τους υποδοχείς για τα οιστρογόνα, τη γυναικεία σεξουαλική ορμόνη, διαταράχθηκε. Εξαιτίας αυτού, τα αρσενικά ποντίκια γεννήθηκαν με έναν «θηλυκό» χαρακτήρα - συγκαταβατικά και ήρεμα. Εξαφανίστηκε η διαφορά στη συμπεριφορά ανδρών και θηλυκών. Ο καθηγητής F. Schempain και οι συνεργάτες του αναγκάστηκαν να πουν: «Έχουμε δείξει ότι η έκθεση σε χαμηλές δόσεις δισφαινόλης Α προκαλεί ανεξίτηλη επιγενετική βλάβη στον εγκέφαλο, η οποία μπορεί να αποτελεί τη βάση των διαρκών επιδράσεων της δισφαινόλης Α στη λειτουργία και τη συμπεριφορά του εγκεφάλου - ειδικά σε σχέση στις διαφυλικές διαφορές».

Άλλες μελέτες δείχνουν ότι η δισφαινόλη Α έχει πολύ έντονη οιστρογονική δράση (δεν είναι για τίποτε που ονομάζεται «πανταχού παρόν ξενοοιστρογόνο») και είναι σε θέση να αλλάξει το προφίλ μεθυλίωσης κατά την εμβρυϊκή ανάπτυξη και ως εκ τούτου τη δραστηριότητα ορισμένων γονιδίων (για παράδειγμα , Hoxa10). Οι συνέπειες αυτού για την ανθρώπινη υγεία μπορεί να είναι οι πιο δυσμενείς - στην ενήλικη ζωή, αυξάνεται ο κίνδυνος εμφάνισης ορισμένων ασθενειών (παχυσαρκία, διαβήτης, αναπαραγωγικές διαταραχές κ.λπ.).

Όμως, ευτυχώς, υπάρχουν και αντίθετα παραδείγματα. Είναι λοιπόν γνωστό ότι η τακτική κατανάλωση πράσινου τσαγιού μπορεί να μειώσει τον κίνδυνο καρκίνου, αφού περιέχει την ουσία epigallocatechin-3-gallate, η οποία μπορεί να ενεργοποιήσει γονίδια - κατασταλτικά (κατασταλτικά) ανάπτυξη όγκουαπομεθυλίωση του DNA τους. Τα τελευταία χρόνια, ένας πολύ δημοφιλής ρυθμιστής των επιγενετικών διεργασιών είναι η γενιστεΐνη, που περιέχεται στα προϊόντα σόγιας. Πολλοί ερευνητές συνδέουν άμεσα την περιεκτικότητα σε σόγια στη διατροφή των Ασιατών με τη χαμηλότερη ευαισθησία τους σε ορισμένες ασθένειες που σχετίζονται με την ηλικία.

Είναι η μοίρα του χαρακτήρα;

Η επιγενετική βοήθησε επίσης να κατανοήσουμε γιατί μερικοί άνθρωποι είναι ψυχολογικά ανθεκτικοί και αισιόδοξοι, ενώ άλλοι είναι επιρρεπείς σε πανικό και κατάθλιψη*. Όπως συνηθίζεται στον επιστημονικό κόσμο, πρώτα έγιναν πειράματα σε ζώα. Αυτή η σειρά έργων έχει κερδίσει μεγάλη δημοτικότητα και το όνομα "γλείψιμο και περιποίηση" (γλείψιμο και φροντίδα). Καναδοί βιολόγοι από το Πανεπιστήμιο McGill - Michael Meany και οι συνεργάτες του - άρχισαν να μελετούν την επίδραση της μητρικής φροντίδας σε αρουραίους τους πρώτους μήνες του απογόνου. Χωρίζοντας τα κουτάβια σε δύο ομάδες, πήραν ένα μέρος της γέννας από τις μητέρες τους αμέσως μετά τη γέννηση. Χωρίς να λαμβάνουν μητρική φροντίδα με τη μορφή γλείψιμο, αυτοί οι αρουραίοι όλοι ανεξαιρέτως μεγάλωσαν «ανεπαρκείς»: νευρικοί, μη κοινωνικοί, επιθετικοί και δειλοί.

* - Περισσότερα για αυτό σε άρθρα σχετικά με το "βιομόριο": "Ανάπτυξη και επιγενετική, ή η ιστορία του μινώταυρου" και "Επιγενετική συμπεριφορά: πώς η εμπειρία της γιαγιάς επηρεάζει τα γονίδιά σου".

Όλα τα κουτάβια της ομάδας που έλαβαν πλήρη μητρική φροντίδα αναπτύχθηκαν ως αρουραίοι: ενεργητικά, καλά εκπαιδευμένα και κοινωνικά ενεργά. Ποιος είναι ο λόγος για μια τόσο εντυπωσιακή διαφορά; Γιατί η μητρική φροντίδα είχε καθοριστική επίδραση στην ανάπτυξη των ψυχικών χαρακτηριστικών στους απογόνους; Η ανάλυση DNA βοήθησε να απαντηθούν αυτά τα ερωτήματα.

Εξετάζοντας το DNA των αρουραίων, οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι τα μωρά που δεν τα έγλειφαν η μητέρα τους παρουσίασαν αρνητικές επιγενετικές αλλαγές σε μια περιοχή του εγκεφάλου που ονομάζεται ιππόκαμπος. Στον ιππόκαμπο, ο αριθμός των υποδοχέων για τις ορμόνες του στρες μειώθηκε. Και ακριβώς εξαιτίας αυτού, παρατηρήθηκε μια ανεπαρκής αντίδραση του νευρικού συστήματος σε εξωτερικά ερεθίσματα: η υπόφυση έδωσε την εντολή για υπερπαραγωγή ορμονών του στρες. Με άλλα λόγια, εκείνες οι καταστάσεις που ήταν ήρεμα ανεκτές από τους απλούς αρουραίους προκάλεσαν ακατάλληλα έντονο στρες σε απογόνους που δεν έλαβαν μητρική φροντίδα.

Όπως αποδείχθηκε, όλα τα παραπάνω ισχύουν απόλυτα για την ανθρώπινη ανάπτυξη. Έχουν διεξαχθεί πολυάριθμες μελέτες σε παιδιά που στερήθηκαν τη γονική μέριμνα ή υπέστησαν κάποιου είδους βία στην πρώιμη παιδική ηλικία. Όλα αυτά τα παιδιά, χωρίς εξαίρεση, αργότερα μεγάλωσαν με τη μία ή την άλλη παραμορφωμένη λειτουργία του νευρικού συστήματος. Και αυτές οι στρεβλώσεις είχαν επιγενετικά καθοριστεί στα εγκεφαλικά κύτταρα. Όλα αυτά τα παιδιά χαρακτηρίζονταν από ανεπαρκή αντίδραση ακόμη και σε αδύναμα ερεθίσματα, τα οποία κανονικά τα αντιλαμβάνονταν τα εύπορα παιδιά. Όλα αυτά διαμόρφωσαν στην ενήλικη ζωή μια τάση για αλκοολισμό, τοξικομανία, αυτοκτονία και άλλες ακατάλληλες ενέργειες. Γι' αυτό τα πρώτα χρόνια μετά τη γέννηση είναι καθοριστικά στη διαμόρφωση της κοινωνικής συμπεριφοράς και θέτουν όλα τα θεμέλια του χαρακτήρα. Από το πόσο χρόνο αφιέρωσαν οι γονείς στο μωρό τους αυτή την περίοδο, όλο το μέλλον του θα εξαρτηθεί: αν θα είναι ψυχολογικά σταθερό, κοινωνικό και επιτυχημένο ή επιρρεπές σε κατάθλιψη και διαταραχές.

Προφανώς, η επίδραση του επιγονιδιώματος επεκτείνεται και στις διαδικασίες που σχετίζονται με τη γήρανση. Με την ηλικία, μπορεί να παρατηρηθεί μια γενική μείωση στη μεθυλίωση, συμπεριλαμβανομένων των κρυπτικών περιοχών του γονιδιώματος που αποτελούν σχεδόν το ήμισυ ολόκληρης της αλληλουχίας DNA - κινητά γενετικά στοιχεία (MGEs). Ανακαλύφθηκαν πριν από μισό αιώνα από τη νομπελίστρια Barbara McClintock ως αλληλουχίες που, σε αντίθεση με τα συνηθισμένα γονίδια, μπορούν να κινηθούν ως εκ θαύματος μέσω του DNA*. Καθώς ενεργοποιούνται υπερβολικά με την ηλικία λόγω απομεθυλίωσης, τα MGE αποσταθεροποιούν το γονιδίωμα, προκαλώντας ανεπιθύμητες χρωμοσωμικές αναδιατάξεις.

Επίσης, με την ηλικία γίνονται σαφείς αλλαγές στη μεθυλίωση γονιδίων που σχετίζονται με ασθένειες που σχετίζονται με την ηλικία: αθηροσκλήρωση, υπέρταση, διαβήτης, νόσος Αλτσχάιμερ κ.λπ. Επιπλέον, βρέθηκε μια άμεση σχέση μεταξύ των αλλαγών στο επιγονιδίωμα και της παραγωγής αντιδραστικών ειδών οξυγόνου, καθώς και με τη λειτουργία μιας από τις πρωτεΐνες που προσελκύει πολύ την προσοχή των γεροντολόγων: της πρωτεΐνης p66Shc, που ονομάστηκε από τον Ακαδημαϊκό V.P. Skulachev "μεσολαβητής του προγραμματισμένου θανάτου του οργανισμού" . Και επομένως, η γνώση των επιγενετικών θεμελίων των αλλαγών που σχετίζονται με την ηλικία μπορεί να μας αποφέρει σημαντικά οφέλη στον αγώνα για παράταση της ζωής και υγιή γήρανση.

Αποτελέσματα και προοπτικές

Η μελέτη των επιγενετικών μηχανισμών βοήθησε στην κατανόηση μιας πολύ σημαντικής αλήθειας: το ανθρώπινο πεπρωμένο δεν διαμορφώνεται ως επί το πλείστον από αστρολογικές προβλέψεις, αλλά από τη συμπεριφορά του ίδιου του ατόμου και των γονιών του. Η επιγενετική δείχνει ξεκάθαρα ότι πολλά πράγματα στη ζωή εξαρτώνται από εμάς και είναι στη δύναμή μας να αλλάξουμε τη ζωή προς το καλύτερο.

Η επιγενετική επίσης θολώνει τα όρια μεταξύ του ατόμου και του περιβάλλοντος. Προφανώς, κανείς δεν μπορεί να αισθάνεται ασφαλής όσο ασκείται η μαζική χρήση επικίνδυνων χημικών ουσιών. Τα φυτοφάρμακα vinclozolin και methoxychlor χρησιμοποιούνται σε γεωργίακαι ενεργώντας ως «ενδοκρινικοί διαταράκτες», ο υδράργυρος από τα βιομηχανικά απόβλητα και η δισφαινόλη Α από το υποβαθμισμένο πλαστικό διαρρέουν στο έδαφος και στα νερά των ποταμών και των θαλασσών. Και μετά, μαζί με το φαγητό και το νερό, μπαίνουν στο ανθρώπινο σώμα. Και αυτό είναι μια πραγματική απειλή για την ανθρωπότητα.

Υπάρχουν όμως και καλά νέα. Σε αντίθεση με τις σχετικά σταθερές γενετικές πληροφορίες, τα επιγενετικά «σημάδια» μπορεί να είναι αναστρέψιμα υπό ορισμένες συνθήκες. Και αυτό καθιστά δυνατή την ανάπτυξη θεμελιωδώς νέων στρατηγικών και μεθόδων για την καταπολέμηση των πιο κοινών ασθενειών: μεθόδους που στοχεύουν στην εξάλειψη * εκείνων των επιγενετικών τροποποιήσεων που έχουν προκύψει στους ανθρώπους υπό την επίδραση δυσμενών παραγόντων. Δεν είναι τυχαίο ότι ορισμένοι επιστήμονες αποκαλούν αυτόν τον αιώνα αιώνα της επιγενετικής. Κατά τη μελέτη της ιστορίας της ανάπτυξης φυσικές επιστήμες, τη βιολογία και τη γενετική ειδικότερα, μπορεί κανείς να έχει την εντύπωση ότι όλα τα προηγούμενα χρόνια ήταν ένα μεγάλο προπαρασκευαστικό στάδιο, η συσσώρευση δύναμης πριν από ανακαλύψεις πραγματικά εξαιρετικά σημαντικής σημασίας. Και, πιθανότατα, σήμερα βρισκόμαστε στο κατώφλι αυτών των ανακαλύψεων.

* - Πώς μπορεί να εφαρμοστεί αυτό (και εφαρμόζεται ήδη) περιγράφεται στο άρθρο "Χάπια για το επιγονιδίωμα"

Η γενετική προτείνει και η επιγενετική διαθέτει. Γιατί οι έγκυες γυναίκες πρέπει να λαμβάνουν φολικό οξύ;

Πάντα με χτυπούσε ένας ενδιαφέρον γεγονός- γιατί μερικοί άνθρωποι προσπαθούν με τόσο ζήλο να ηγηθούν υγιεινός τρόπος ζωήςζωή, μην καπνίζετε, κοιμάστε τις προβλεπόμενες ώρες κάθε μέρα, τρώτε τα πιο φρέσκα και τα περισσότερα φυσικά προϊόντα, με μια λέξη, για να κάνουν όλα όσα θέλουν να μιλούν τόσο διδακτικά στους γιατρούς και τους διατροφολόγους, μερικές φορές ζουν πολύ λιγότερο από τους βαρείς καπνιστές ή τους καναπέδες που προτιμούν να μην περιορίζονται πολύ στο φαγητό; Ίσως οι γιατροί απλώς υπερβάλλουν;

Τι συμβαίνει?

Το θέμα είναι ότι τα κύτταρα του σώματός μας έχουν μνήμη, και αυτό είναι ήδη ένα καλά αποδεδειγμένο γεγονός.

Τα κύτταρά μας περιέχουν στους πυρήνες τους το ίδιο σύνολο γονιδίων - τμήματα DNA που μεταφέρουν πληροφορίες για μια πρωτεΐνη ή ένα μόριο RNA που καθορίζει την πορεία ανάπτυξης του οργανισμού στο σύνολό του. Παρά το γεγονός ότι το μόριο DNA είναι το μακρύτερο μόριο στο ανθρώπινο σώμα, το οποίο περιέχει τις πλήρεις γενετικές πληροφορίες για το άτομο, δεν λειτουργούν όλα τα τμήματα του DNA εξίσου αποτελεσματικά. Σε κάθε συγκεκριμένο κύτταρο, διαφορετικά μέρη του μακρομορίου μπορούν να λειτουργήσουν και τα περισσότερα από τα ανθρώπινα γονίδια είναι εντελώς ανενεργά. Το μερίδιο των γονιδίων του DNA που κωδικοποιούν την πρωτεΐνη στον άνθρωπο αντιπροσωπεύει λιγότερο από το 2% του γονιδιώματος και στην πραγματικότητα θεωρούνται φορείς όλων των γενετικών χαρακτηριστικών. Αυτά τα γονίδια που φέρουν τις βασικές πληροφορίες για τη δομή του κυττάρου είναι απλώς ενεργά σε όλη τη διάρκεια της ζωής του κυττάρου, αλλά ορισμένα άλλα γονίδια «δουλεύουν» κατά διαστήματα και η εργασία τους εξαρτάται από πολλούς παράγοντες και παραμέτρους, συμπεριλαμβανομένων εξωτερικών.

Υπάρχει ένας αρκετά μεγάλος αριθμός κληρονομικά νοσήματα, μεταξύ των οποίων ξεχωρίζουν γονιδιακές παθήσεις- οι λεγόμενες μονογονιδιακές ασθένειες που εμφανίζονται όταν το DNA καταστρέφεται σε επίπεδο γονιδίου - πρόκειται για πολυάριθμες ασθένειες του μεταβολισμού των υδατανθράκων, των λιπιδίων, των στεροειδών, των πουρινών και των πυριμιδινών, της χολερυθρίνης, των μετάλλων, του συνδετικού ιστού κ.λπ. Είναι γνωστό ότι η προδιάθεση για μια συγκεκριμένη ασθένεια είναι συχνά κληρονομική, επομένως ένα άτομο μπορεί να είναι μόνο φορέας μεταλλάξεων σε δομικά γονίδια και να μην πάσχει από γενετική ασθένεια.

Μνημείο κοντά στο Ινστιτούτο Κυτταρολογίας και Γενετικής SB RAS, Akademgorodok, Novosibirsk

Στο ανθρώπινο σώμα υπάρχουν ειδικές ρυθμίσειςέλεγχο της γονιδιακής έκφρασης και της κυτταρικής διαφοροποίησης που δεν επηρεάζουν την ίδια τη δομή του DNA. Οι "ρυθμιστές" μπορεί να βρίσκονται στο γονιδίωμα ή να αντιπροσωπεύουν ειδικά συστήματαστα κύτταρα και ασκούν έλεγχο στο έργο των γονιδίων ανάλογα με εξωτερικά και εσωτερικά σήματα ποικίλης φύσης. Τέτοιες διεργασίες είναι έργο της επιγενετικής, που αφήνει το στίγμα της ακόμη και στην υπερ-ακμαία γενετική, και η τελευταία μπορεί να μην πραγματοποιηθεί τελικά. Με άλλα λόγια, η επιγενετική παρέχει μια εξήγηση για το πώς οι περιβαλλοντικοί παράγοντες μπορούν να επηρεάσουν τον γονότυπο «ενεργοποιώντας» ή «απενεργοποιώντας» διαφορετικά γονίδια. Ο βραβευμένος με Νόμπελστη βιολογία και την ιατρική, ο Peter Medawar, του οποίου η ευρύχωρη έκφραση τοποθετείται στον τίτλο του άρθρου, διατύπωσε με μεγάλη ακρίβεια τη σημασία της επιρροής της επιγενετικής στο τελικό αποτέλεσμα.

Τι είναι και με τι τρώγεται;

Η επιγενετική είναι μια πολύ νέα επιστήμη: η ύπαρξή της είναι λιγότερο από εκατό χρόνια, κάτι που, ωστόσο, δεν την εμποδίζει να βρίσκεται στη θέση ενός από τους πιο υποσχόμενους κλάδους της τελευταίας δεκαετίας. Αυτή η κατεύθυνση είναι τόσο δημοφιλής που σημειώσεις για την επιγενετική έρευνα εμφανίζονται αρκετά συχνά πρόσφατα τόσο σε σοβαρά επιστημονικά περιοδικά όσο και σε μηνιαία περιοδικά για ένα ευρύ φάσμα αναγνωστών.

Ο ίδιος ο όρος εμφανίστηκε το 1942 και επινοήθηκε από έναν από τους πιο διάσημους βιολόγους της Foggy Albion - Conrad Waddington. Και αυτό το άτομο είναι γνωστό κυρίως για το γεγονός ότι ήταν αυτός που έθεσε τα θεμέλια μιας διεπιστημονικής κατεύθυνσης, που ονομάστηκε το 1993 με τον όρο "βιολογία συστημάτων" και συνδυάζοντας τη βιολογία και τη θεωρία περίπλοκων συστημάτων.

Conrad Hal Waddington (1905-1975)

Στο βιβλίο του Γερμανού νευροεπιστήμονα Peter Spork «Reading between the lines of DNA», η προέλευση αυτού του όρου εξηγείται ως εξής - ο Waddington πρότεινε ένα όνομα που ήταν κάτι μεταξύ του ίδιου του όρου «γενετική» και της «επιγένεσης» που προέκυψε. μας από τα έργα του Αριστοτέλη - πότε λοιπόν - αυτό ονομαζόταν δόγμα της διαδοχικής εμβρυϊκή ανάπτυξηένας οργανισμός στον οποίο σχηματίζονται νέα όργανα. Μετάφραση από τα ελληνικά επι" σημαίνει "πάνω, πάνω, πάνω", η επιθετική είναι σαν κάτι "πάνω" γενετική.
Αρχικά, η επιγενετική αντιμετωπίστηκε πολύ απορριπτικά, κάτι που ήταν, φυσικά, αποτέλεσμα ασαφών ιδεών για το πώς μπορούν να πραγματοποιηθούν διάφορα επιγενετικά σήματα στο σώμα και σε ποιες συνέπειες μπορούν να οδηγήσουν. Την εποχή της δημοσίευσης των έργων του Conrad Waddington, διάσπαρτες εικασίες αιωρούνταν στον επιστημονικό κόσμο και η ραχοκοκαλιά της ίδιας της θεωρίας δεν είχε ακόμη χτιστεί.
Σύντομα έγινε σαφές ότι ένα από τα επιγενετικά σήματα στο κύτταρο είναι η μεθυλίωση του DNA, δηλαδή η προσθήκη μιας μεθυλικής ομάδας (-CH3) σε μια βάση κυτοσίνης στη μήτρα του DNA. Αποδείχθηκε ότι μια τέτοια τροποποίηση του DNA οδηγεί σε μείωση της γονιδιακής δραστηριότητας, καθώς αυτή η διαδικασία μπορεί να επηρεάσει το επίπεδο μεταγραφής. Ήταν από εκείνη τη στιγμή που η επιγενετική υποβλήθηκε σε μετενσάρκωση και τελικά μετατράπηκε σε έναν ολοκληρωμένο κλάδο της επιστήμης.
Στη δεκαετία του 1980 δημοσιεύτηκε εργασία που έδειχνε ότι η μεθυλίωση του DNA συσχετίζεται με την καταστολή - «σίγαση» - των γονιδίων. Αυτό το φαινόμενο μπορεί να παρατηρηθεί σε όλους τους ευκαρυώτες εκτός από τη ζύμη. Οι συμπατριώτες μας ανακάλυψαν αργότερα την εξειδίκευση ιστού και ηλικίας της μεθυλίωσης DNA σε ευκαρυωτικούς οργανισμούς και αποδείχθηκε επίσης ότι η ενζυματική τροποποίηση του γονιδιώματος μπορεί να ρυθμίσει την έκφραση γονιδίων και τη διαφοροποίηση των κυττάρων. Λίγο αργότερα, αποδείχθηκε ότι η μεθυλίωση του DNA μπορεί να ελεγχθεί ορμονικά.
Ο καθηγητής Moshe Zif (από το Πανεπιστήμιο McGill, Καναδάς) δίνει αυτή τη μεταφορική σύγκριση: «Ας φανταστούμε τα γονίδια στο DNA ως προτάσεις που αποτελούνται από γράμματα νουκλεοτιδίων που λαμβάνονται από τους γονείς. Τότε η μεθυλίωση είναι σαν τη διάταξη των σημείων στίξης, η οποία μπορεί να επηρεάσει τη σημασία των φράσεων, τον τόνο των φράσεων, την κατανομή σε παραγράφους. Ως αποτέλεσμα, όλο αυτό το «κείμενο» μπορεί να διαβαστεί διαφορετικά διαφορετικά σώματα- καρδιά, εγκέφαλος και ούτω καθεξής. Και, όπως γνωρίζουμε τώρα, η διάταξη τέτοιων «σημείων στίξης» εξαρτάται επίσης από τα σήματα που λαμβάνουμε από έξω. Προφανώς, αυτός ο μηχανισμός βοηθά στην προσαρμογή πιο ευέλικτα στις μεταβαλλόμενες συνθήκες του έξω κόσμου».
Εκτός από τη μεθυλίωση του DNA, υπάρχει μια σειρά από επιγενετικά σήματα ποικίλης φύσης - απομεθυλίωση DNA, κώδικας ιστόνης (τροποποίηση ιστόνης - ακετυλίωση, μεθυλίωση, φωσφορυλίωση και άλλα), τοποθέτηση στοιχείων χρωματίνης, μεταγραφική και μεταφραστική καταστολή γονιδίων από μικρές RNA. Είναι ενδιαφέρον ότι ορισμένες από αυτές τις διεργασίες σχετίζονται μεταξύ τους και ακόμη και αλληλοεξαρτώνται - αυτό βοηθά στην αξιόπιστη άσκηση επιγενετικού ελέγχου στην επιλεκτική λειτουργία των γονιδίων.

Ας προσπαθήσουμε να κατανοήσουμε τα βασικά

Σύμφωνα με τον Waddington, η επιγενετική είναι «ο κλάδος της βιολογίας που μελετά τις αιτιώδεις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των γονιδίων και των προϊόντων τους που σχηματίζουν τον φαινότυπο». Σύμφωνα με σύγχρονες ιδέες, ο πολυκύτταρος φαινότυπος είναι το αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης ενός τεράστιου αριθμού γονιδιακών προϊόντων στην οντογένεση. Έτσι, ο γονότυπος ενός αναπτυσσόμενου οργανισμού είναι στην πραγματικότητα ένας επιγονότυπος. Το έργο του επιγονότυπου είναι αρκετά στενά συντονισμένο και θέτει μια ορισμένη κατεύθυνση στην ανάπτυξη. Ωστόσο, εκτός από αυτήν την κατεύθυνση, η οποία τελικά οδηγεί στην υλοποίηση της κύριας γραμμής φαινοτύπου για τον πληθυσμό (ο φαινότυπος νόρμα), υπάρχουν "μονοπάτια" - υποτροχίες, λόγω των οποίων σταθερές, αλλά διαφορετικές από τον κανόνα, καταστάσεις του ο φαινότυπος πραγματοποιούνται. Έτσι γίνεται αντιληπτή η πολυμεταβλητότητα της οντογένεσης.
Είναι ενδιαφέρον να σκεφτούμε το γεγονός ότι όλα τα κύτταρα ενός αναπτυσσόμενου ατόμου είναι αρχικά παντοδύναμα, πράγμα που σημαίνει ότι έχουν τις ίδιες δυνατότητες ανάπτυξης και μπορούν να δημιουργήσουν οποιοδήποτε τύπο κυττάρων του σώματος. Με την πάροδο του χρόνου, συμβαίνει διαφοροποίηση, κατά την οποία τα κύτταρα αποκτούν διαφορετικές ιδιότητες και λειτουργίες, μετατρέπονται σε νευρώνες, ερυθροκύτταρα, μυοκύτταρα κ.λπ. Η απόκλιση των ιδιοτήτων οφείλεται στην έκφραση διαφορετικών προτύπων γονιδίων: σε ορισμένα στάδια ανάπτυξης, το κύτταρο λαμβάνει ειδικά σήματα, για παράδειγμα, ορμονικής φύσης, τα οποία εφαρμόζουν τη μία ή την άλλη επιγενετική «οδό», η οποία οδηγεί σε διαφοροποίηση των κυττάρων.
Ο Conrad Waddington εισήγαγε μια επιτυχημένη μεταφορά - "επιγενετικό τοπίο", χάρη στην οποία γίνεται σαφής ο μηχανισμός της επίδρασης φυσικών και περιβαλλοντικών παραγόντων στην ανάπτυξη ενός νεαρού ευκαρυωτικού οργανισμού. Η διαδικασία της οντογένεσης είναι ένα πεδίο δυνατοτήτων, το οποίο είναι μια σειρά από επιγενετικές τροχιές κατά μήκος των οποίων χαράσσεται ένας δρόμος για την ανάπτυξη ενός ατόμου από ζυγωτό σε ενήλικη κατάσταση. Κάθε «κάμπος» αυτού του τοπίου υπάρχει για κάποιο λόγο - οδηγεί στο σχηματισμό ενός ιστού ή ενός οργάνου, και μερικές φορές ενός ολόκληρου συστήματος ή μέρους ενός οργανισμού. Οι τροχιές που κερδίζουν πλεονέκτημα ονομάζονται creods στα έργα του Waddington και οι λόφοι και οι κορυφογραμμές που χωρίζουν τις τροχιές ονομάζονται απωθητές - «απωθητικοί». Στη δεκαετία του '40 του περασμένου αιώνα, οι επιστήμονες δεν είχαν ιδέα για το φυσικό μοντέλο του γονιδιώματος, έτσι οι προτάσεις του Waddington ήταν μια πραγματική επανάσταση.

Επιγενετικό τοπίο κατά Waddington

Ένας αναπτυσσόμενος οργανισμός είναι μια μπάλα που μπορεί να κυλήσει, ακολουθώντας διάφορες «παραλλαγές» της ανάπτυξής της. Το έδαφος επιβάλλει κάποιους περιορισμούς στην τροχιά της μπάλας καθώς κατεβαίνει από το λόφο. Ένας παράγοντας από το εξωτερικό περιβάλλον μπορεί να επηρεάσει την αλλαγή στην πορεία της μπάλας, προκαλώντας έτσι την πτώση της μπάλας σε μια βαθύτερη κοιλότητα, από την οποία δεν είναι τόσο εύκολο να βγούμε.
Τα κενά μεταξύ των επιγενετικών κοιλοτήτων είναι κρίσιμα σημεία για έναν νεαρό οργανισμό, στον οποίο η αναπτυξιακή διαδικασία παίρνει σαφείς μορφές, μεταξύ άλλων ανάλογα με περιβαλλοντικούς παράγοντες. Οι μεταβάσεις μεταξύ των γούρνων σύνδεσης υποδεικνύουν την ανάπτυξη μεταξύ μεγάλων αλλαγών, και οι κλίσεις των γούρνων χαρακτηρίζουν την ταχύτητα αυτής της διαδικασίας: οι ήπιες γούρνες είναι σημάδι σχετικά σταθερών συνθηκών, ενώ οι απότομες κλίσεις είναι σήμα γρήγορων αλλαγών. Ταυτόχρονα, σε μέρη μεταβάσεων, εξωτερικοί παράγοντες προκαλούν σοβαρότερες συνέπειες, ενώ σε άλλες περιοχές του τοπίου η επιρροή τους μπορεί να είναι ασήμαντη. Η ομορφιά της ιδέας ενός επιγενετικού τοπίου έγκειται στο γεγονός ότι απεικονίζει καλά μια από τις αρχές της ανάπτυξης: μπορείτε να φτάσετε στο ίδιο αποτέλεσμα με εντελώς διαφορετικούς τρόπους.

Κρίσιμα σημεία του επιγενετικού τοπίου, αναλογία με μπάλα: 2 πιθανές τροχιές

Αφού χτιστεί η επιγενετική τροχιά, τα κύτταρα δεν μπορούν πλέον να απομακρυνθούν ελεύθερα από το μονοπάτι ανάπτυξής τους - έτσι σχηματίζεται ένας ευκαρυωτικός οργανισμός από έναν ζυγώτη, ένα ενιαίο κύτταρο "εκκίνησης", με ένα σύνολο κυττάρων που είναι εντελώς διαφορετικά στην εμφάνιση και λειτουργίες. Έτσι, η επιγενετική κληρονομικότητα είναι η κληρονομικότητα ενός προτύπου γονιδιακής έκφρασης.

Εικονογράφηση για την επιγενετική θεωρία του τοπίου. Επιλογές για την ανάπτυξη εκδηλώσεων

Εκτός από την περιγραφή της μορφογένεσης ενός συγκεκριμένου ατόμου, είναι πολύ πιθανό να μιλήσουμε για το επιγενετικό τοπίο ενός πληθυσμού, δηλαδή για την προβλεψιμότητα του υλοποιημένου φαινοτύπου για έναν συγκεκριμένο πληθυσμό, συμπεριλαμβανομένης της σχετικής συχνότητας πιθανών μεταβλητών χαρακτηριστικών.

Φολικό οξύ και μη τυχαία ατυχήματα

Ένα από τα πρώτα αποδεικτικά πειράματα που έδειξαν ότι η επιγενετική πραγματικά «διαθέτει» πραγματοποιήθηκε από τον καθηγητή Randy Jirtle και τον μεταδιδάκτορα Robert Waterland του Πανεπιστημίου Duke των ΗΠΑ. Εισήγαγαν το γονίδιο agouti σε κανονικά εργαστηριακά ποντίκια. Agouti ή, όπως ονομάζονται επίσης, "χρυσοί λαγοί της Νότιας Αμερικής" - ένα γένος θηλαστικών της τάξης των τρωκτικών, εξωτερικά παρόμοια με τα ινδικά χοιρίδια. Αυτά τα τρωκτικά έχουν ένα χρυσό τρίχωμα, μερικές φορές ακόμη και με μια πορτοκαλί απόχρωση. Το «ξένο» γονίδιο που ενσωματώθηκε στο γονιδίωμα των ποντικών οδήγησε στο γεγονός ότι τα εργαστηριακά ποντίκια άλλαξαν χρώμα - το τρίχωμα τους έγινε κίτρινο. Ωστόσο, το γονίδιο agouti έφερε στα ποντίκια κάποια προβλήματα: μετά την εισαγωγή του, τα ζώα κέρδισαν υπερβολικό βάρος, καθώς και προδιάθεση για διαβήτη και καρκίνο. Τέτοια ποντίκια έφεραν ανθυγιεινούς απογόνους, με τις ίδιες προδιαθέσεις. Τα ποντίκια ήταν χρυσά.

Χαριτωμένο agouti (Dasyprocta aguti)

Ωστόσο, οι πειραματιστές κατάφεραν να «απενεργοποιήσουν» το κακό γονίδιο χωρίς να καταφύγουν στην αλλαγή των νουκλεοτιδίων του DNA. Έγκυα θηλυκά διαγονιδιακά ποντίκια τοποθετήθηκαν σε ειδική δίαιτα εμπλουτισμένη με φολικό οξύ, μια πηγή μεθυλομάδων. Ως αποτέλεσμα, τα γεννημένα ποντίκια δεν ήταν πλέον χρυσά, αλλά φυσικού χρώματος.

Γιατί λειτούργησε το φολικό οξύ; Όσο περισσότερες ομάδες μεθυλίου προέρχονταν από την τροφή στο αναπτυσσόμενο έμβρυο, τόσο περισσότερες ευκαιρίες είχαν τα ένζυμα να καταλύσουν την προσθήκη της ομάδας μεθυλίου στο εμβρυϊκό DNA, το οποίο απενεργοποιούσε πιθανή δράσηγονίδιο. Ο καθηγητής Jirtle σχολίασε το πείραμά του και τα αποτελέσματά του: «Η επιγενετική αποδεικνύει ότι είμαστε υπεύθυνοι για την ακεραιότητα του γονιδιώματός μας. Παλιά πιστεύαμε ότι μόνο τα γονίδια καθορίζουν ποιοι είμαστε. Σήμερα γνωρίζουμε με βεβαιότητα ότι ό,τι κάνουμε, ό,τι τρώμε, πίνουμε ή καπνίζουμε επηρεάζει την έκφραση των γονιδίων μας και τα γονίδια των μελλοντικών γενεών. Η επιγενετική μας προσφέρει μια νέα έννοια της ελεύθερης επιλογής».

Ο καθηγητής Randy Jirtle και τα διαγονιδιακά ποντίκια του

Όχι λιγότερο ενδιαφέροντα αποτελέσματα πέτυχε ο Michael Mini από το Πανεπιστήμιο McGill στο Μόντρεαλ του Καναδά, παρατηρώντας αρουραίους να μεγαλώνουν τους απογόνους τους. Εάν τα νεογνά αρουραίων από τη γέννησή τους λάμβαναν συνεχώς την προσοχή και τη φροντίδα της μητέρας τους, τότε μεγάλωσαν ήρεμα σε χαρακτήρα και αρκετά έξυπνα. Αντίθετα, τα κουτάβια αρουραίων, των οποίων οι μητέρες από την αρχή αγνόησαν τους απογόνους τους και τους φρόντιζαν ελάχιστα, μεγάλωσαν δειλά και νευρικά. Όπως αποδείχθηκε, ο λόγος βρισκόταν στους επιγενετικούς παράγοντες: η φροντίδα των μητέρων αρουραίων για τα παιδιά έλεγχε τη μεθυλίωση των γονιδίων που είναι υπεύθυνα για την ανταπόκριση στους υποδοχείς στρες κορτιζόλης που εκφράζονται στον ιππόκαμπο. Σε ένα άλλο πείραμα, που πραγματοποιήθηκε λίγο αργότερα, εξετάστηκαν οι ίδιοι παράγοντες σε σχέση με ένα άτομο. Το πείραμα διεξήχθη με τη χρήση μαγνητικής τομογραφίας και είχε σκοπό να αποδείξει οποιαδήποτε σχέση μεταξύ της φροντίδας που παρείχαν οι γονείς κατά τη διάρκεια Παιδική ηλικίακαι οργάνωση του εγκεφάλου στο σύνολό του. Αποδείχθηκε ότι η φροντίδα της μητέρας παίζει βασικό ρόλο σε αυτή τη διαδικασία. Ένας ενήλικας που υπέφερε από έλλειψη αγάπης και προσοχής της μητέρας στην παιδική ηλικία είχε μικρότερο ιππόκαμπο από ένα άτομο του οποίου η παιδική ηλικία ήταν ευημερούσα. Ο ιππόκαμπος, ως όργανο του μεταιχμιακού συστήματος του εγκεφάλου, είναι εξαιρετικά πολυλειτουργικός και παρόμοιος με τη μνήμη RAM ενός υπολογιστή: συμμετέχει στο σχηματισμό συναισθημάτων, καθορίζει τη δύναμη της μνήμης, συμμετέχοντας στη διαδικασία της βραχυπρόθεσμης μετατροπής η μνήμη στη μακροπρόθεσμη μνήμη, σχετίζεται με τη διατήρηση της προσοχής, είναι υπεύθυνη για την ταχύτητα της σκέψης και, εκτός από πολλά άλλα, καθορίζει την προδιάθεση ενός ατόμου σε μια σειρά ψυχική ασθένειασυμπεριλαμβανομένης της διαταραχής μετατραυματικού στρες.

Eric Nestler, καθηγητής νευροεπιστήμης στο Friedman Brain Institute στο Ιατρικό ΚέντροΤο Mount Sinai, Νέα Υόρκη, ΗΠΑ, μελέτησε τους μηχανισμούς της κατάθλιψης σε πειράματα με τα ίδια ποντίκια. Ήρεμα και φιλικά ποντίκια τοποθετήθηκαν σε κλουβιά με επιθετικά άτομα. Δέκα μέρες αργότερα, τα κάποτε χαρούμενα και ειρηνικά ποντίκια έδειξαν σημάδια κατάθλιψης: έχασαν το ενδιαφέρον τους για νόστιμο φαγητό, την επικοινωνία με το αντίθετο φύλο, έγιναν ανήσυχα και μερικά από αυτά έτρωγαν ακόμη και συνεχώς, παίρνοντας βάρος. Μερικές φορές αποδείχθηκε ότι η κατάσταση της κατάθλιψης ήταν σταθερή και η πλήρης ανάρρωση ήταν δυνατή μόνο στην περίπτωση θεραπείας με αντικαταθλιπτικά. Μια μελέτη κυττάρων DNA του «συστήματος ανταμοιβής» του εγκεφάλου ποντικών από το πείραμα έδειξε ότι περίπου 2000 γονίδια άλλαξαν το μοτίβο της επιγενετικής τροποποίησης και σε 1200 από αυτά αυξήθηκε ο βαθμός μεθυλίωσης ιστόνης, στην οποία η δραστηριότητα των γονιδίων καταστέλλεται. Όπως αποδείχθηκε, παρόμοιες επιγενετικές αλλαγές βρέθηκαν στο DNA του εγκεφάλου ανθρώπων που πέθαναν ενώ βρίσκονταν σε αυτό καταθλιπτική κατάσταση. Φυσικά, η ίδια η κατάθλιψη είναι μια πολύπλοκη διαδικασία πολλαπλών παραμέτρων, αλλά, προφανώς, είναι σε θέση να «απενεργοποιήσει» τα γονίδια αυτής της περιοχής του εγκεφάλου που σχετίζεται με την απόλαυση από τη ζωή.

Αλλά τελικά, δεν είναι όλοι οι άνθρωποι επιρρεπείς στην κατάθλιψη ... Το ίδιο συνέβη και με τα ποντίκια - περίπου το ένα τρίτο των τρωκτικών απέφυγε μια αρνητική κατάσταση, όντας σε μια αγχωτική κατάσταση, παρά το γεγονός ότι υπήρχε αντίσταση σε επίπεδο γονιδίου. Με άλλα λόγια, αυτά τα ποντίκια δεν είχαν χαρακτηριστικές επιγενετικές αλλαγές. Ωστόσο, σε ανθεκτικά ποντίκια, εμφανίστηκαν επιγενετικές αλλαγές σε άλλα γονίδια κυττάρων στο κέντρο του «συστήματος ανταμοιβής» του εγκεφάλου. Έτσι, είναι δυνατή μια εναλλακτική επιγενετική τροποποίηση που επιτελεί προστατευτική λειτουργίακαι η αντίσταση στο στρες δεν είναι αποτέλεσμα της απουσίας μιας γενετικά καθορισμένης τάσης, αλλά της επιρροής ενός επιγενετικού προγράμματος που ενεργοποιείται για να προστατεύσει και να αντισταθεί στις τραυματικές επιπτώσεις στην ψυχή.

Ο Nestler, στην έκθεσή του, δήλωσε επίσης τα εξής: «Βρήκαμε ότι μεταξύ των «προστατευτικών» γονιδίων που τροποποιήθηκαν επιγενετικά σε ποντίκια ανθεκτικά στο στρες, υπάρχουν πολλά των οποίων η δραστηριότητα αποκαθίσταται στο φυσιολογικό σε καταθλιπτικά τρωκτικά που έχουν υποβληθεί σε θεραπεία με αντικαταθλιπτικά. Αυτό σημαίνει ότι σε άτομα που είναι επιρρεπή στην κατάθλιψη, τα αντικαταθλιπτικά κάνουν τη δουλειά τους, μεταξύ άλλων, ενεργοποιώντας προστατευτικά επιγενετικά προγράμματα που λειτουργούν φυσικά σε πιο ανθεκτικά άτομα. Σε αυτή την περίπτωση θα πρέπει να αναζητήσει κανείς όχι μόνο νέα, πιο ισχυρά αντικαταθλιπτικά, αλλά και ουσίες που κινητοποιούν τα αμυντικά συστήματα του οργανισμού.

Αν έχεις ένα πακέτο τσιγάρα στην τσέπη σου...

Δεν είναι μυστικό για κανέναν ότι στην κοινωνία φουντώνουν περιοδικά σοβαρές διαμάχες που σχετίζονται με το θέμα του καπνίσματος. Οι λάτρεις του τσιγάρου στην τσέπη θέλουν να τονίσουν ότι η συνήθεια δεν είναι αποδεδειγμένα επιβλαβής, αλλά η επιγενετική ξεφεύγει ξαφνικά από τη σκηνή και εδώ. Το θέμα είναι ότι ένα άτομο έχει ένα σημαντικό γονίδιο p16 που μπορεί να αναστείλει την ανάπτυξη ογκολογικών όγκων. Μελέτες της τελευταίας δεκαετίας έχουν δείξει ότι ορισμένες ουσίες στον καπνό του τσιγάρου προκαλούν την απενεργοποίηση του p16, κάτι που φυσικά δεν οδηγεί σε τίποτα καλό. Αλλά - εδώ είναι το ενδιαφέρον! - έλλειψη πρωτεΐνης, για την παραγωγή της οποίας ευθύνεται η p16, - στρόφιγγα για τις διαδικασίες γήρανσης. Επιστήμονες από την Κίνα υποστηρίζουν ότι με τη σωστή και ασφαλή διακοπή λειτουργίας γονιδίων, είναι δυνατό να καθυστερήσει η διαδικασία απώλειας μυική μάζακαι θόλωση του φακού.

Σε ένα κανονικά λειτουργικό, υγιές και πλήρες κύτταρο, τα γονίδια που πυροδοτούν τη διαδικασία σχηματισμού ογκολογικός όγκος, είναι ανενεργά. Αυτό οφείλεται στη μεθυλίωση των προαγωγέων («θέσεις έναρξης» για ειδική μεταγραφή) αυτών των ογκογονιδίων, που ονομάζονται νησίδες CpG. Στο DNA, οι αζωτούχες βάσεις κυτοσίνη (C) και γουανίνη (G) συνδέονται με φώσφορο, ενώ ένα νησί μπορεί να περιέχει έως και αρκετές χιλιάδες βάσεις και περίπου το 70% των υποκινητών όλων των γονιδίων έχουν αυτές τις νησίδες.

θυμίνη (κόκκινο), Αδενίνη (πράσινη), Κυτοσίνη (μπλε), Γουανίνη (μαύρο) - μαλακόπαιχνίδια

Η αλκοολική ακεταλδεΰδη, ένα υποπροϊόν της επεξεργασίας αιθανόλης στο ανθρώπινο σώμα, όπως ορισμένες ουσίες που βρίσκονται στον καπνό, αναστέλλουν το σχηματισμό μεθυλομάδων στο DNA, το οποίο ενεργοποιεί τα αδρανοποιημένα ογκογονίδια. Είναι γνωστό ότι έως και το 60% όλων των μεταλλάξεων στα γεννητικά κύτταρα συμβαίνουν ακριβώς στα νησιά CpG, γεγονός που διαταράσσει τη σωστή επιγενετική ρύθμιση του γονιδιώματος. Οι ομάδες μεθυλίου εισέρχονται στο σώμα μας με την τροφή, αφού δεν παράγουμε ούτε φολικό ούτε αμινοξέα μεθειονίνης - πλούσιες πηγές ομάδων CH3. Εάν η διατροφή μας δεν περιέχει αυτά τα αμινοξέα, τότε η παραβίαση των διαδικασιών μεθυλίωσης του DNA είναι αναπόφευκτη.

Εξελίξεις και σχέδια για το μέλλον

Τα τελευταία χρόνια, η επιγενετική έχει καταφέρει να αναπτυχθεί σημαντικά στην τεχνολογία. Σε μια από τις κριτικές του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης (ΗΠΑ), η επιγενετική συγκαταλέγεται στις δέκα πιο σημαντικές τεχνολογίες που στο εγγύς μέλλον μπορούν να αλλάξουν τον κόσμο και να έχουν τον μεγαλύτερο αντίκτυπο στην ανθρωπότητα.
Ο Moshe Zif σχολίασε για την τρέχουσα κατάσταση: «Σε αντίθεση με τις γενετικές μεταλλάξεις, οι επιγενετικές αλλαγές είναι δυνητικά αναστρέψιμες. Το μεταλλαγμένο γονίδιο πιθανότατα δεν θα μπορέσει ποτέ να επιστρέψει κανονική κατάσταση. Η μόνη λύση σε αυτή την κατάσταση είναι να κόψετε ή να απενεργοποιήσετε αυτό το γονίδιο σε όλα τα κύτταρα που το φέρουν. Γονίδια με διαταραγμένο μοτίβο μεθυλίωσης, με αλλοιωμένο επιγονιδίωμα, μπορούν να επανέλθουν στο φυσιολογικό και πολύ απλά. Επιγενετικά φάρμακα υπάρχουν ήδη, για παράδειγμα, η 5-αζακυτιδίνη (εμπορικά γνωστή ως βιδάση), η οποία είναι ένα μη μεθυλιωμένο ανάλογο της κυτιδίνης, ενός νουκλεοσιδίου DNA και RNA, το οποίο, με την ενσωμάτωσή του στο DNA, μειώνει το επίπεδο μεθυλίωσης του. Αυτό το φάρμακο χρησιμοποιείται τώρα για το μυελοδυσπλαστικό σύνδρομο, γνωστό και ως προλευχαιμία».

Η γερμανική εταιρεία Epigenomics έχει ήδη κυκλοφορήσει μια σειρά προληπτικών τεστ για τη διάγνωση ογκολογική ασθένειαστο διαφορετικά στάδιαη ανάπτυξή του από επιγενετικές αλλαγές στο σώμα που βασίζονται στη μεθυλίωση του DNA. Η εταιρεία συνεχίζει την έρευνά της προς την κατεύθυνση της δημιουργίας τεστ για προδιάθεση σε ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙογκολογίας, με στόχο να «κάνει τη δοκιμή μεθυλίωσης DNA μια πρακτική ρουτίνας στο κλινικό εργαστήριο». Στην ίδια κατεύθυνση εργάζονται και άλλες εταιρείες: Roshe Pharmaceuticals, MethylGene, NimbleGen, Sigma-Aldrich, Epigentek. Το 2003, ξεκίνησε το Human Epigenome Project, ως μέρος της εργασίας στην οποία οι επιστήμονες μπόρεσαν να αποκρυπτογραφήσουν τους μεταβλητούς τόπους μεθυλίωσης του DNA σε τρία ανθρώπινα χρωμοσώματα: 6, 20 και 22.

Επιγενετικοί μηχανισμοί που εμπλέκονται στη ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης

Μέχρι σήμερα, έχει καταστεί σαφές ότι η μελέτη των μηχανισμών των γονιδίων «on-off» δίνει στην ιατρική πολύ περισσότερες ευκαιρίες ανάπτυξης από τη γονιδιακή θεραπεία. Προβλέπεται ότι στο μέλλον, η επιγενετική θα μπορεί να μας πει για τα αίτια και την ανάπτυξη ορισμένων ασθενειών με «γενετική προκατάληψη» - για παράδειγμα, η νόσος του Αλτσχάιμερ, η νόσος του Crohn, ο διαβήτης, θα βοηθήσουν στη μελέτη των μηχανισμών που οδηγούν στο σχηματισμό ογκολογικών όγκων, στην ανάπτυξη ψυχικών διαταραχών κ.λπ.

Στις 19 Φεβρουαρίου 2015, το άρθρο «Cell-of-origin chromatin Organization shapes the mutational landscape of cancer» δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature. Μια ομάδα επιστημόνων διαπίστωσε ότι το μοτίβο των μεταλλάξεων σε ένα καρκινικό κύτταρο συσχετίζεται με τη δομή της χρωματίνης. Τι σημαίνει αυτό? Πολλά πράγματα. Συχνά, οι ογκολόγοι αναπτύσσουν θεραπείες για συγκεκριμένους τύπους όγκων, αλλά προσδιορίζουν ελάχιστα τα όρια συγκεκριμένων περιπτώσεων. Εάν κάθε τύπος ογκολογικού όγκου σχετίζεται με μια αλλοιωμένη δομή χρωματίνης, τότε γίνεται σαφές ότι αυτός ή εκείνος ο όγκος έχει αναπτυχθεί από έναν συγκεκριμένο τύπο κυττάρου και αυτό θα φέρει εντελώς την επανάσταση στη θεραπεία του καρκίνου. Οι λεγόμενοι επιγονιδιωματικοί χάρτες θα βοηθήσουν στον προσδιορισμό των αιτιών της ογκολογίας: τα καρκινικά κύτταρα «ζουν» με μεταλλάξεις που είναι κοινές σε όλο το DNA του κυττάρου.

Ερευνώντας τη νόσο του Αλτσχάιμερ, οι επιστήμονες έχουν ανακαλύψει εδώ και καιρό μερικές από τις «γενετικές παραλλαγές» που σχετίζονται με τη νόσο. Έχουν μελετηθεί ελάχιστα λόγω του γεγονότος ότι περιέχονταν σε ένα τμήμα του γονιδιώματος που δεν κωδικοποιεί πρωτεΐνες. Ο βιολόγος Μανώλης Κέλλης του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης, μελετώντας επιγονιδιωματικούς χάρτες του εγκεφάλου του ανθρώπου και του ποντικού, κατέληξε στο συμπέρασμα ότι αυτές οι «παραλλαγές» σχετίζονται με κάποιο τρόπο με ανοσοποιητικό σύστημα. «Γενικά, αυτό είναι που μάντευαν διαισθητικά πολλοί στην επιστημονική κοινότητα, - λέει η Κέλλης, - αλλά στην πραγματικότητα, κανείς δεν το έδειξε στο ίδιο επίπεδο». Η έρευνα είναι σε εξέλιξη.

Παρά τον μεγάλο αριθμό έργων αφιερωμένων στην επιγενετική, υπάρχουν ακόμα περισσότερες από αρκετές μαύρες τρύπες και λευκές κηλίδες σε αυτήν. Ένας διεθνής οργανισμός που ονομάζεται The International Human Epigenome Consortium (http://ihec-epigenomes.org/) στοχεύει να παρέχει δωρεάν πρόσβαση σε ανθρώπινο επιγενετικό υλικό για την ανάπτυξη θεμελιωδών και εφαρμοσμένης έρευνας σε τομείς που σχετίζονται με την επιγενετική. Σχεδιάζει να εμφανίσει περισσότερους από 1000 τύπους κυττάρων, να μελετήσει τις αλλαγές στο επιγονιδίωμα των ατόμων που επιλέχθηκαν για δοκιμή για αρκετά χρόνια με παράλληλη μελέτη των επιπτώσεων εξωτερικοί παράγοντες. «Αυτό το έργο θα μας απασχολήσει τουλάχιστον τις επόμενες δεκαετίες. Το γονιδίωμα δεν είναι μόνο δύσκολο να διαβαστεί, αλλά και η ίδια η διαδικασία είναι χρονοβόρα». - λέει ο Μανώλης Κέλλης.

Επιπλέον, αυτή τη στιγμή βρίσκονται σε εξέλιξη σημαντικές εξελίξεις στον τομέα των εναλλακτικών και αποτελεσματικών θεραπειών για τις ψυχικές διαταραχές. Έχει ήδη αποδειχθεί ότι ορισμένες φαρμακευτικές ουσίες που προστατεύουν τις ακετυλομάδες των ιστονών, αδρανοποιώντας τα ένζυμα που απομακρύνουν τις ακετυλομάδες, έχουν ισχυρή αντικαταθλιπτική δράση. Το ένζυμο αποακετυλάση ιστόνης, το οποίο καταλύει τη διάσπαση, μπορεί να βρεθεί στα κύτταρα διαφορετικών περιοχών του εγκεφάλου, σε πολλούς ιστούς και όργανα, γι' αυτό το φάρμακο, λόγω μη εκλεκτικής δραστηριότητας, έχει παρενέργεια. Οι ερευνητές διερευνούν την πιθανότητα δημιουργίας τέτοιων ουσιών που θα αναστέλλουν τη δραστηριότητα μόνο της αποακετυλάσης ιστόνης στον εγκέφαλο, η οποία είναι υπεύθυνη για ψυχική κατάστασηάτομο (κέντρο επιβράβευσης). Αλλά κανείς δεν μπαίνει στον κόπο να προσπαθήσει να εντοπίσει άλλες πρωτεΐνες που εμπλέκονται στην επιγενετική τροποποίηση της χρωματίνης των εγκεφαλικών κυττάρων ή να εντοπίσει γονίδια που τροποποιούνται επιγενετικά κατά τη διάρκεια της κατάθλιψης (για παράδειγμα, αυτά που σχετίζονται με τη σύνθεση υποδοχέων για συγκεκριμένους νευροδιαβιβαστές ή πρωτεΐνες σηματοδότησης που εμπλέκονται στην ενεργοποίηση νευρώνων). Μια τέτοια έρευνα θα ξεκινήσει την αναζήτηση ή τη σύνθεση φαρμάκων που μπορούν να αδρανοποιήσουν αυτά τα συγκεκριμένα γονίδια ή τα προϊόντα τους.

Και τελικά

«Λοιπόν, πώς ζεις τώρα; Ακολουθήστε έναν υγιεινό τρόπο ζωής; Εγγραφείτε επειγόντως σε γυμναστήριο και αναθεωρήστε τη διατροφή σας; - ανυπομονώ να σε ρωτήσω. Ο Peter Spork, στο βιβλίο του Reading Between the Lines of DNA, απαντά με μια νότα χιούμορ. Λέει ότι διαγράφει απότομα και για πάντα τα βράδια στον καναπέ από τη ζωή του και πρόχειρο φαγητόΩστόσο, δεν αξίζει τον κόπο, επειδή μια τέτοια ανατροπή είναι πιθανό να οδηγήσει σε άγχος, το οποίο μπορεί επίσης να επηρεάσει την επιγενετική. Το κυριότερο είναι ότι η «βλαβερότητα» δεν γίνεται τρόπος ζωής ή ριζωμένη συνήθεια. Η επιγενετική, σαν φάρος στη φουρτουνιασμένη θάλασσα της ζωής, μας δείχνει ότι το σώμα μας μερικές φορές περνά από κρίσιμες περιόδους ανάπτυξης, όταν τα επιγονίδια είναι ευαίσθητα σε ερεθίσματα από το εξωτερικό περιβάλλον. Γι' αυτό μια γυναίκα που περιμένει μωρό πρέπει οπωσδήποτε να λαμβάνει τακτικά φολικό οξύ και να προστατεύεται από το άγχος και τις αρνητικές καταστάσεις.

Α. και άλλοι. Η οργάνωση χρωματίνης κυττάρου προέλευσης διαμορφώνει το τοπίο μετάλλαξης του καρκίνου. Nature 518, σελ. 360-364, 19 Φεβρουαρίου 2015. http://βιοχημείες.com

), λόγω της διαφορετικής γονιδιακής έκφρασης σε διαφορετικούς τύπους κυττάρων, μπορεί να πραγματοποιηθεί η ανάπτυξη ενός πολυκύτταρου οργανισμού που αποτελείται από διαφοροποιημένα κύτταρα. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι πολλοί ερευνητές εξακολουθούν να είναι δύσπιστοι σχετικά με την επιγενετική, καθώς παραδέχεται τη δυνατότητα μη γονιδιωματικής κληρονομικότητας ως προσαρμοστική απόκριση στις αλλαγές στο περιβάλλον, η οποία έρχεται σε αντίθεση με το κυρίαρχο επί του παρόντος γενοκεντρικό παράδειγμα.

Παραδείγματα

Ένα παράδειγμα επιγενετικών αλλαγών στους ευκαρυώτες είναι η διαδικασία της κυτταρικής διαφοροποίησης. Κατά τη μορφογένεση, τα παντοδύναμα βλαστοκύτταρα σχηματίζουν διάφορες πολυδύναμες εμβρυϊκές κυτταρικές σειρές, οι οποίες με τη σειρά τους δημιουργούν πλήρως διαφοροποιημένα κύτταρα. Με άλλα λόγια, ένα γονιμοποιημένο ωάριο - ένας ζυγώτης - διαφοροποιείται σε ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙκύτταρα, που περιλαμβάνουν: νευρώνες, μυϊκά κύτταρα, επιθήλιο, αγγειακό ενδοθήλιο κ.λπ., με πολλαπλές διαιρέσεις. Αυτό επιτυγχάνεται με την ενεργοποίηση ορισμένων γονιδίων, ενώ ταυτόχρονα την αναστολή άλλων, μέσω επιγενετικών μηχανισμών.

Ένα δεύτερο παράδειγμα μπορεί να επιδειχθεί σε ποντίκια αγρού. Το φθινόπωρο, πριν από ένα κρυολόγημα, γεννιούνται με μακρύτερα και πιο πυκνά μαλλιά από ό,τι την άνοιξη, αν και η ενδομήτρια ανάπτυξη των ποντικών "άνοιξη" και "φθινοπωρινά" συμβαίνει σε φόντο σχεδόν των ίδιων συνθηκών (θερμοκρασία, ώρες ημέρας, υγρασία, και τα λοιπά.). Μελέτες έχουν δείξει ότι το σήμα που πυροδοτεί επιγενετικές αλλαγές που οδηγούν σε αύξηση του μήκους του μαλλιού είναι μια αλλαγή στη βαθμίδα της συγκέντρωσης της μελατονίνης στο αίμα (μειώνεται την άνοιξη και αυξάνεται το φθινόπωρο). Έτσι, οι επιγενετικές προσαρμοστικές αλλαγές (αύξηση του μήκους των μαλλιών) προκαλούνται ακόμη και πριν από την έναρξη του κρύου καιρού, η προσαρμογή στο οποίο είναι ευεργετική για τον οργανισμό.

Ετυμολογία και ορισμοί

Ο όρος «επιγενετική» (καθώς και «επιγενετικό τοπίο») προτάθηκε από τον Conrad Waddington το 1942 ως παράγωγο των λέξεων γενετική και επιγένεση. Όταν ο Waddington επινόησε τον όρο, η φυσική φύση των γονιδίων δεν ήταν πλήρως γνωστή, έτσι τον χρησιμοποίησε ως εννοιολογικό μοντέλο για το πώς τα γονίδια μπορούν να αλληλεπιδράσουν με το περιβάλλον τους για να σχηματίσουν έναν φαινότυπο.

Ο Robin Holliday όρισε την επιγενετική ως «τη μελέτη των μηχανισμών του χρονικού και χωρικού ελέγχου της γονιδιακής δραστηριότητας κατά την ανάπτυξη των οργανισμών». Έτσι, ο όρος «επιγενετική» μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να περιγράψει οποιουσδήποτε εσωτερικούς παράγοντες που επηρεάζουν την ανάπτυξη ενός οργανισμού, με εξαίρεση την ίδια την αλληλουχία του DNA.

Η σύγχρονη χρήση της λέξης στον επιστημονικό λόγο είναι στενότερη. Το ελληνικό πρόθεμα επι- στη λέξη, υποδηλώνει παράγοντες που επηρεάζουν το «πάνω από» ή «επιπλέον» γενετικά, που σημαίνει επιγενετικούς παράγοντεςδρουν συμπληρωματικά ή συμπληρωματικά στους παραδοσιακούς μοριακούς παράγοντες της κληρονομικότητας.

Η ομοιότητα με τη λέξη «γενετική» έχει προκαλέσει πολλές αναλογίες στη χρήση του όρου. Το «επιγονιδίωμα» είναι ανάλογο με τον όρο «γονιδίωμα» και ορίζει τη συνολική επιγενετική κατάσταση του κυττάρου. Η μεταφορά του "γενετικού κώδικα" έχει επίσης προσαρμοστεί και ο όρος "επιγενετικός κώδικας" χρησιμοποιείται για να περιγράψει το σύνολο των επιγενετικών χαρακτηριστικών που παράγουν διαφορετικούς φαινότυπους σε διαφορετικά κύτταρα. Ο όρος «επίθεση» χρησιμοποιείται ευρέως, ο οποίος αναφέρεται σε μια αλλαγή στο φυσιολογικό επιγονιδίωμα που προκαλείται από σποραδικούς παράγοντες, που μεταδίδονται σε πολλές γενιές κυττάρων.

Μοριακή βάση της επιγενετικής

Η μοριακή βάση της επιγενετικής είναι αρκετά περίπλοκη στο ότι δεν επηρεάζει τη δομή του DNA, αλλά αλλάζει τη δραστηριότητα ορισμένων γονιδίων. Αυτό εξηγεί γιατί τα διαφοροποιημένα κύτταρα ενός πολυκύτταρου οργανισμού εκφράζουν μόνο τα γονίδια που είναι απαραίτητα για αυτά συγκεκριμένη δραστηριότητα. Ένα χαρακτηριστικό των επιγενετικών αλλαγών είναι ότι διατηρούνται κατά την κυτταρική διαίρεση. Είναι γνωστό ότι οι περισσότερες επιγενετικές αλλαγές εκδηλώνονται μόνο στη διάρκεια της ζωής ενός οργανισμού. Ταυτόχρονα, εάν σημειωθεί αλλαγή στο DNA σε σπέρμα ή ωάριο, τότε ορισμένες επιγενετικές εκδηλώσεις μπορούν να μεταδοθούν από τη μια γενιά στην άλλη. Αυτό εγείρει το ερώτημα, μπορούν οι επιγενετικές αλλαγές σε έναν οργανισμό να αλλάξουν πραγματικά τη βασική δομή του DNA του; (βλέπε Εξέλιξη).

Στο πλαίσιο της επιγενετικής, διεργασίες όπως η παραμετάλλαξη, η γενετική σελιδοδείκτης, η γονιδιωματική αποτύπωση, η αδρανοποίηση των χρωμοσωμάτων Χ, η επίδραση θέσης, τα μητρικά αποτελέσματα, καθώς και άλλοι μηχανισμοί ρύθμισης της γονιδιακής έκφρασης μελετώνται ευρέως.

Οι επιγενετικές μελέτες χρησιμοποιούν ένα ευρύ φάσμα τεχνικών μοριακής βιολογίας, συμπεριλαμβανομένης - ανοσοκατακρήμνισης χρωματίνης (διάφορες τροποποιήσεις του ChIP-on-chip και ChIP-Seq), υβριδισμός in situ, περιοριστικά ένζυμα ευαίσθητα στη μεθυλίωση, ταυτοποίηση μεθυλοτρανσφεράσης DNA αδενίνης (DamID) και διθειώδες . Επιπλέον, η χρήση μεθόδων βιοπληροφορικής (επιγενετική με τη βοήθεια υπολογιστή) διαδραματίζει ολοένα και πιο σημαντικό ρόλο.

Μηχανισμοί

Μεθυλίωση DNA και αναδιαμόρφωση χρωματίνης

Οι επιγενετικοί παράγοντες επηρεάζουν τη δραστηριότητα έκφρασης ορισμένων γονιδίων σε διάφορα επίπεδα, γεγονός που οδηγεί σε αλλαγή του φαινοτύπου ενός κυττάρου ή ενός οργανισμού. Ένας από τους μηχανισμούς αυτής της επίδρασης είναι η αναδιαμόρφωση της χρωματίνης. Η χρωματίνη είναι ένα σύμπλεγμα DNA με πρωτεΐνες ιστόνης: Το DNA τυλίγεται γύρω από πρωτεΐνες ιστόνης, οι οποίες αντιπροσωπεύονται από σφαιρικές δομές (νουκλεοσώματα), με αποτέλεσμα να διασφαλίζεται η συμπίεση του στον πυρήνα. Η ένταση της γονιδιακής έκφρασης εξαρτάται από την πυκνότητα των ιστονών στις ενεργά εκφραζόμενες περιοχές του γονιδιώματος. Η αναδιαμόρφωση της χρωματίνης είναι μια διαδικασία ενεργητικής αλλαγής της «πυκνότητας» των νουκλεοσωμάτων και της συγγένειας των ιστονών για το DNA. Επιτυγχάνεται με δύο τρόπους που περιγράφονται παρακάτω.

Μεθυλίωση DNA

Ο πιο καλά μελετημένος επιγενετικός μηχανισμός μέχρι σήμερα είναι η μεθυλίωση των βάσεων κυτοσίνης DNA. Η αρχή των εντατικών μελετών για το ρόλο της μεθυλίωσης στη ρύθμιση της γενετικής έκφρασης, συμπεριλαμβανομένης της γήρανσης, τέθηκε πίσω στη δεκαετία του '70 του περασμένου αιώνα από τα πρωτοποριακά έργα των Vanyushin B. F. και Berdyshev G. D. et al. Η διαδικασία της μεθυλίωσης του DNA συνίσταται στη σύνδεση μιας μεθυλικής ομάδας στην κυτοσίνη ως μέρος ενός δινουκλεοτιδίου CpG στη θέση C5 του δακτυλίου της κυτοσίνης. Η μεθυλίωση του DNA είναι κυρίως εγγενής στους ευκαρυώτες. Στους ανθρώπους, περίπου το 1% του γονιδιωματικού DNA είναι μεθυλιωμένο. Τρία ένζυμα είναι υπεύθυνα για τη διαδικασία της μεθυλίωσης του DNA, που ονομάζονται μεθυλτρανσφεράσες DNA 1, 3a και 3b (DNMT1, DNMT3a και DNMT3b). Υποτίθεται ότι οι DNMT3a και DNMT3b είναι de novo μεθυλοτρανσφεράσες που πραγματοποιούν το σχηματισμό ενός σχεδίου μεθυλίωσης DNA σε πρώιμα στάδιαανάπτυξη, ενώ το DNMT1 πραγματοποιεί μεθυλίωση του DNA σε μεταγενέστερα στάδια της ζωής του οργανισμού. Η λειτουργία της μεθυλίωσης είναι η ενεργοποίηση/απενεργοποίηση ενός γονιδίου. Στις περισσότερες περιπτώσεις, η μεθυλίωση οδηγεί στην καταστολή της γονιδιακής δραστηριότητας, ειδικά όταν οι περιοχές προαγωγέα του είναι μεθυλιωμένες και η απομεθυλίωση οδηγεί στην ενεργοποίησή του. Έχει αποδειχθεί ότι ακόμη και μικρές αλλαγές στον βαθμό μεθυλίωσης του DNA μπορούν να αλλάξουν σημαντικά το επίπεδο γενετικής έκφρασης.

Τροποποιήσεις ιστόνης

Αν και οι τροποποιήσεις αμινοξέων στις ιστόνες συμβαίνουν σε όλο το μόριο της πρωτεΐνης, οι τροποποιήσεις της ουράς Ν συμβαίνουν πολύ πιο συχνά. Αυτές οι τροποποιήσεις περιλαμβάνουν: φωσφορυλίωση, ουβικιτυλίωση, ακετυλίωση, μεθυλίωση, σουμοϋλίωση. Η ακετυλίωση είναι η πιο μελετημένη τροποποίηση ιστόνης. Έτσι, η ακετυλίωση των λυσινών στην ουρά ιστόνης Η3 από την ακετυλοτρανσφεράση Κ14 και Κ9 συσχετίζεται με τη μεταγραφική δραστηριότητα σε αυτή την περιοχή του χρωμοσώματος. Αυτό συμβαίνει επειδή η ακετυλίωση της λυσίνης αλλάζει το θετικό της φορτίο σε ουδέτερο, καθιστώντας αδύνατη τη σύνδεσή της με τις αρνητικά φορτισμένες φωσφορικές ομάδες του DNA. Ως αποτέλεσμα, οι ιστόνες αποσπώνται από το DNA, γεγονός που οδηγεί στην προσκόλληση του συμπλέγματος SWI/SNF και άλλων μεταγραφικών παραγόντων σε γυμνό DNA που πυροδοτούν τη μεταγραφή. Αυτό είναι το «cis» μοντέλο επιγενετικής ρύθμισης.

Οι ιστόνες είναι σε θέση να διατηρούν την τροποποιημένη τους κατάσταση και να λειτουργούν ως πρότυπο για την τροποποίηση νέων ιστονών που συνδέονται με το DNA μετά την αντιγραφή.

Ο μηχανισμός αναπαραγωγής των επιγενετικών σημάτων είναι περισσότερο κατανοητός για τη μεθυλίωση του DNA παρά για τις τροποποιήσεις ιστόνης. Έτσι, το ένζυμο DNMT1 έχει υψηλή συγγένεια για την 5-μεθυλκυτοσίνη. Όταν το DNMT1 βρίσκει μια "ημι-μεθυλιωμένη θέση" (μια θέση όπου η κυτοσίνη μεθυλιώνεται μόνο σε έναν κλώνο DNA), μεθυλιώνει την κυτοσίνη στον δεύτερο κλώνο στην ίδια θέση.

πριόν

miRNA

Πρόσφατα, δόθηκε μεγάλη προσοχή στη μελέτη του ρόλου του μικρού παρεμβαλλόμενου RNA (si-RNA) στη ρύθμιση της γενετικής δραστηριότητας των μικρών παρεμβαλλόμενων RNA. Τα παρεμβαλλόμενα RNA μπορούν να αλλάξουν τη σταθερότητα και τη μετάφραση του mRNA μοντελοποιώντας τη λειτουργία των πολυσωμάτων και τη δομή της χρωματίνης.

Εννοια

Η επιγενετική κληρονομικότητα στα σωματικά κύτταρα παίζει σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη ενός πολυκύτταρου οργανισμού. Το γονιδίωμα όλων των κυττάρων είναι σχεδόν το ίδιο· ταυτόχρονα, ένας πολυκύτταρος οργανισμός περιέχει διαφορετικά διαφοροποιημένα κύτταρα που αντιλαμβάνονται τα περιβαλλοντικά σήματα με διαφορετικούς τρόπους και εκτελούν διαφορετικές λειτουργίες. Είναι επιγενετικοί παράγοντες που παρέχουν «κυτταρική μνήμη».

Το φάρμακο

Τόσο τα γενετικά όσο και τα επιγενετικά φαινόμενα έχουν σημαντικό αντίκτυπο στην ανθρώπινη υγεία. Είναι γνωστές αρκετές ασθένειες που προκύπτουν λόγω παραβίασης της γονιδιακής μεθυλίωσης, καθώς και λόγω ημιζυγωτικότητας για ένα γονίδιο που υπόκειται σε γονιδιωματική αποτύπωση. Για πολλούς οργανισμούς, η σχέση μεταξύ της δραστηριότητας ακετυλίωσης/αποακετυλίωσης ιστόνης και της διάρκειας ζωής έχει αποδειχθεί. Ίσως αυτές οι ίδιες διαδικασίες επηρεάζουν το προσδόκιμο ζωής των ανθρώπων.

Εξέλιξη

Αν και η επιγενετική εξετάζεται κυρίως στο πλαίσιο της κυτταρικής μνήμης, υπάρχει επίσης ένας αριθμός διαγενετικών επιγενετικών επιδράσεων στις οποίες οι γενετικές αλλαγές μεταβιβάζονται στους απογόνους. Σε αντίθεση με τις μεταλλάξεις, οι επιγενετικές αλλαγές είναι αναστρέψιμες και πιθανώς κατευθυνόμενες (προσαρμοστικές). Δεδομένου ότι τα περισσότερα από αυτά εξαφανίζονται μετά από μερικές γενιές, μπορούν να είναι μόνο προσωρινές προσαρμογές. Επίσης, συζητείται ενεργά η πιθανότητα της επιρροής της επιγενετικής στη συχνότητα των μεταλλάξεων σε ένα συγκεκριμένο γονίδιο. Η οικογένεια πρωτεϊνών απαμινάσης κυτοσίνης APOBEC/AID έχει αποδειχθεί ότι εμπλέκεται τόσο στη γενετική όσο και στην επιγενετική κληρονομικότητα χρησιμοποιώντας παρόμοιους μοριακούς μηχανισμούς. Πάνω από 100 περιπτώσεις διαγενετικών επιγενετικών φαινομένων έχουν βρεθεί σε πολλούς οργανισμούς.

Επιγενετικές επιδράσεις στον άνθρωπο

Γονιδιωματική αποτύπωση και συναφείς ασθένειες

Ορισμένες ανθρώπινες ασθένειες συνδέονται με τη γονιδιωματική αποτύπωση, ένα φαινόμενο κατά το οποίο τα ίδια γονίδια έχουν διαφορετικό μοτίβο μεθυλίωσης ανάλογα με το φύλο του γονέα τους. Οι πιο γνωστές περιπτώσεις ασθενειών που σχετίζονται με την αποτύπωση είναι το σύνδρομο Angelman και το σύνδρομο Prader-Willi. Ο λόγος για την ανάπτυξη και των δύο είναι μια μερική διαγραφή στην περιοχή 15q. Αυτό οφείλεται στην παρουσία γονιδιωματικής αποτύπωσης σε αυτόν τον τόπο.

Διαγενετικές επιγενετικές επιδράσεις

Οι Marcus Pembrey et al διαπίστωσαν ότι τα εγγόνια (αλλά όχι οι εγγονές) των ανδρών που ήταν επιρρεπείς σε λιμό στη Σουηδία τον 19ο αιώνα ήταν λιγότερο επιρρεπή σε καρδιαγγειακές παθήσεις αλλά πιο επιρρεπή σε διαβήτη, κάτι που ο συγγραφέας πιστεύει ότι είναι ένα παράδειγμα επιγενετικής κληρονομικότητας.

Καρκίνος και αναπτυξιακές διαταραχές

Πολλές ουσίες έχουν τις ιδιότητες επιγενετικών καρκινογόνων: οδηγούν σε αύξηση της συχνότητας εμφάνισης όγκων χωρίς να παρουσιάζουν μεταλλαξιογόνο δράση (για παράδειγμα: αρσενίτης διαιθυλοστιλβεστρόλη, εξαχλωροβενζόλιο και ενώσεις νικελίου). Πολλά τερατογόνα, ιδίως η διαιθυλοστιλβεστρόλη, έχουν ειδική επίδραση στο έμβρυο σε επιγενετικό επίπεδο.

Οι αλλαγές στην ακετυλίωση της ιστόνης και τη μεθυλίωση του DNA οδηγούν στην ανάπτυξη καρκίνου του προστάτη αλλάζοντας τη δραστηριότητα διαφόρων γονιδίων. Η γονιδιακή δραστηριότητα στον καρκίνο του προστάτη μπορεί να επηρεαστεί από τη διατροφή και τον τρόπο ζωής.

Το 2008, το Εθνικό Ινστιτούτο Υγείας των ΗΠΑ ανακοίνωσε ότι 190 εκατομμύρια δολάρια θα δαπανηθούν για την επιγενετική έρευνα τα επόμενα 5 χρόνια. Σύμφωνα με ορισμένους από τους ερευνητές που πρωτοστάτησαν στη χρηματοδότηση, η επιγενετική μπορεί να διαδραματίσει μεγαλύτερο ρόλο από τη γενετική στη θεραπεία της ανθρώπινης νόσου.

Επιγονιδίωμα και γήρανση

Τα τελευταία χρόνια, έχει συσσωρευτεί μεγάλος αριθμός στοιχείων ότι οι επιγενετικές διεργασίες παίζουν σημαντικό ρόλο στα μεταγενέστερα στάδια της ζωής. Συγκεκριμένα, με τη γήρανση συμβαίνουν ευρείες αλλαγές στα πρότυπα μεθυλίωσης. Υποτίθεται ότι αυτές οι διαδικασίες είναι υπό γενετικό έλεγχο. Συνήθως, η μεγαλύτερη ποσότητα μεθυλιωμένων βάσεων κυτοσίνης παρατηρείται σε DNA που απομονώνεται από έμβρυα ή νεογέννητα ζώα και αυτή η ποσότητα σταδιακά μειώνεται με την ηλικία. Παρόμοια μείωση στη μεθυλίωση του DNA έχει βρεθεί σε καλλιεργημένα λεμφοκύτταρα ποντικού, χάμστερ και ανθρώπου. Έχει συστηματικό χαρακτήρα, αλλά μπορεί να είναι ειδικό για ιστούς και γονίδια. Για παράδειγμα, οι Tra et al. (Tra et al., 2002) όταν συγκρίνουν περισσότερους από 2000 τόπους σε Τ-λεμφοκύτταρα που απομονώθηκαν από περιφερικό αίμανεογέννητα, καθώς και άτομα μέσης και μεγαλύτερης ηλικίας, αποκάλυψαν ότι 23 από αυτούς τους τόπους υφίστανται υπερμεθυλίωση και 6 υπομεθυλίωση με την ηλικία, και παρόμοιες αλλαγές στη φύση της μεθυλίωσης βρέθηκαν επίσης σε άλλους ιστούς: το πάγκρεας, τους πνεύμονες και τον οισοφάγο. Έντονες επιγενετικές παραμορφώσεις βρέθηκαν σε ασθενείς με προγυρία Hutchinson-Gilford.

Προτείνεται ότι η απομεθυλίωση με την ηλικία οδηγεί σε χρωμοσωμικές αναδιατάξεις λόγω της ενεργοποίησης μετατιθέμενων γενετικών στοιχείων (MGEs), τα οποία συνήθως καταστέλλονται από τη μεθυλίωση του DNA (Barbot et al., 2002; Bennett-Baker, 2003). Η συστηματική μείωση των επιπέδων μεθυλίωσης που σχετίζεται με την ηλικία μπορεί, τουλάχιστον εν μέρει, να είναι η αιτία πολλών πολύπλοκων ασθενειών που δεν μπορούν να εξηγηθούν χρησιμοποιώντας κλασικές γενετικές έννοιες. Μια άλλη διαδικασία που εμφανίζεται στην οντογένεση παράλληλα με την απομεθυλίωση και επηρεάζει τις διαδικασίες επιγενετικής ρύθμισης είναι η συμπύκνωση της χρωματίνης (ετεροχρωματινοποίηση), η οποία οδηγεί σε μείωση της γενετικής δραστηριότητας με την ηλικία. Σε ορισμένες μελέτες, επιγενετικές αλλαγές εξαρτώμενες από την ηλικία καταδείχθηκαν επίσης στα γεννητικά κύτταρα. η κατεύθυνση αυτών των αλλαγών, προφανώς, είναι γονιδιακή.

Βιβλιογραφία

• Νέσα Κάρεϊ. Επιγενετική: πώς η σύγχρονη βιολογία ξαναγράφει την κατανόησή μας για τη γενετική, τις ασθένειες και την κληρονομικότητα. - Rostov-on-Don: Phoenix, 2012. - ISBN 978-5-222-18837-8.

Σημειώσεις

1. Νέα έρευνα συνδέει την κοινή τροποποίηση RNA με την παχυσαρκία
2. http://woman.health-ua.com/article/475.html Επιγενετική επιδημιολογία ασθενειών που σχετίζονται με την ηλικία
4. Holliday, R., 1990. Μηχανισμοί για τον έλεγχο της γονιδιακής δραστηριότητας κατά την ανάπτυξη. Biol. Στροφή μηχανής. Cambr. Philos. soc. 65, 431-471
5. «Επιγενετική». BioMedicine.org. Ανακτήθηκε 21-05-2011.
6. V.L. Chandler (2007). Παραμετάλλαξη: Από τον αραβόσιτο στα ποντίκια. Cell 128(4): 641-645. doi:10.1016/j.cell.2007.02.007. PMID 17320501 .
7. Jan Sapp, Beyond the Gene. 1987 Oxford University Press. Jan Sapp, "Έννοιες οργάνωσης: η μόχλευση των βλεφαρίδων πρωτόζωων" . Στο S. Gilbert ed., Developmental Biology: A Comprehensive Synthesis, (New York: Plenum Press, 1991), 229-258. Jan Sapp, Genesis: The Evolution of Biology Oxford University Press, 2003.
8. Oyama, Susan; Paul E. Griffiths, Russell D. Gray (2001). Τύπος MIT. ISBN 0-26-265063-0.
9. Verdel et al, 2004
10. Matzke, Birchler, 2005
11. O.J. Rando και K.J. Verstrepen (2007). «Χρονικά Κλίμακα Γενετικής και Επιγενετικής Κληρονομικότητας». Cell 128(4): 655-668. doi:10.1016/j.cell.2007.01.023. PMID 17320504 .
12. Jablonka, Eva; Gal Raz (Ιούνιος 2009). «Διαγενεακή Επιγενετική Κληρονομικότητα: Επιπολασμός, Μηχανισμοί και Επιπτώσεις για τη Μελέτη της Κληρονομικότητας και της Εξέλιξης». The Quarterly Review of Biology 84(2): 131-176. doi: 10.1086/598822. PMID 19606595 .
13. J.H.M. Knoll, R.D. Nicholls, R.E. Μαγκένης, J.M. Graham Jr, M. Lalande, S.A. Latt (1989). «Τα σύνδρομα Angelman και Prader-Willi μοιράζονται μια κοινή διαγραφή χρωμοσώματος αλλά διαφέρουν ως προς τη γονική προέλευση της διαγραφής». American Journal of Medical Genetics 32(2): 285-290. doi:10.1002/ajmg.1320320235.

Τις τελευταίες δεκαετίες, μελέτες έχουν δείξει ότι προοδευτικές αλλαγές στις επιγενετικές πληροφορίες συνοδεύουν τη διαδικασία γήρανσης των διαιρεμένων και μη διαιρεόμενων κυττάρων.

Λειτουργική Έρευνα απλούς οργανισμούςκαι τόσο πολύπλοκο όσο οι άνθρωποι δείχνουν ότι οι επιγενετικές αλλαγές έχουν τεράστιο αντίκτυποστη διαδικασία της γήρανσης. Αυτές οι επιγενετικές αλλαγές συμβαίνουν σε διάφορα επίπεδα, συμπεριλαμβανομένης της μείωσης του επιπέδου μάζας των βασικών ιστονών.

Οι ιστόνες είναι πρωτεΐνες που συνδέονται απευθείας με το DNA.

Σε ένα παιδί, τα κύτταρα σε κάθε τύπο είναι παρόμοια. Κατά τη διάρκεια της ζωής, οι επιγενετικές πληροφορίες αλλάζουν σποραδικά ανάλογα με εξωγενείς και ενδογενείς παράγοντες (εξωτερικές συνθήκες). Ως αποτέλεσμα της ανώμαλης κατάστασης της χρωματίνης, χαρακτηριστικό διάφορες επιλογέςΑλλαγές στο DNA, συμπεριλαμβανομένων των μεταλλάξεων του DNA.

Βιολογική προδιάθεση γήρανσης

Η γήρανση του σώματος είναι μια πολύπλοκη πολυπαραγοντική βιολογική διαδικασία κοινή σε όλους τους ζωντανούς οργανισμούς. Εκδηλώνεται ως σταδιακή μείωση του φυσιολογικού φυσιολογικές λειτουργίεςανάλογα με το χρόνο. Η βιολογική γήρανση του οργανισμού έχει σημασιαγια την ανθρώπινη υγεία, επειδή η ευαισθησία σε πολλές ασθένειες αυξάνεται με την ηλικία, συμπεριλαμβανομένου του καρκίνου, των μεταβολικών διαταραχών όπως ο διαβήτης, καρδιαγγειακές διαταραχέςκαι νευροεκφυλιστικές ασθένειες. Από την άλλη πλευρά, η κυτταρική γήρανση, που ονομάζεται επίσης αντιγραφική αποδόμηση, είναι μια εξειδικευμένη διαδικασία και θεωρείται ως ένας πιθανός ενδογενής αντικαρκινικός μηχανισμός στον οποίο τα πιθανά ογκογόνα ερεθίσματα αναπτύσσονται μη αναστρέψιμα. Η κυτταρική γήρανση έχει πολλά κοινά με τη διαδικασία γήρανσης, αλλά και δείχνει χαρακτηριστικά γνωρίσματα. Αν και τα αίτια της γήρανσης δεν είναι καλά κατανοητά, συνεχίζονται οι προσπάθειες για να χαράξουμε τα μονοπάτια προς τη μακροζωία.

Τα τελευταία χρόνια, έχουν γίνει μεγάλα βήματα στην πορεία πολυάριθμων μελετών που εκδηλώνονται αποτελεσματικά στα κυτταρικά και μοριακά σημάδια της γήρανσης. Μεταξύ αυτών των χαρακτηριστικών, οι επιγενετικές αλλαγές είναι από τους πιο σημαντικούς μηχανισμούς επιδείνωσης της κυτταρικής λειτουργίας που παρατηρούνται στη γήρανση και τις ασθένειες που σχετίζονται με την ηλικία.

Η επιγενετική μελετά πρότυπα γονιδιακών αλλαγών

Εξ ορισμού, η επιγενετική είναι ένας αναστρέψιμος κληρονομικός μηχανισμός που εμφανίζεται χωρίς καμία αλλαγή στην υποκείμενη αλληλουχία του DNA και λαμβάνει χώρα και επιδιόρθωση του DNA.

Επιδιόρθωση DNA - η ικανότητα επιδιόρθωσης βλαβών

Αν και τα χρωμοσώματα στο γονιδίωμα φέρουν τη γενετική πληροφορία, το επιγονίδιο που είναι υπεύθυνο για τη λειτουργική χρήση και τη σταθερότητα είναι ο γονότυπος με τον φαινότυπο. γενικά χαρακτηριστικά. Αυτές οι επιγενετικές αλλαγές μπορεί να είναι αυθόρμητες ή να επηρεάζονται από εξωτερικές ή εσωτερικές επιρροές. Η επιγενετική χρησιμεύει ενδεχομένως ως ο κρίκος που λείπει για να εξηγήσει γιατί το μοτίβο της υποβάθμισης διαφέρει μεταξύ δύο γενετικά πανομοιότυπων ατόμων, όπως τα πανομοιότυπα δίδυμα, ή, στο ζωικό βασίλειο, μεταξύ ζώων με την ίδια γενετική δομή, όπως οι βασίλισσες και οι εργάτριες μέλισσες.

Μελέτες μακροζωίας πληθυσμού έχουν δείξει ότι οι γενετικοί παράγοντες μπορούν να εξηγήσουν το 20 έως 30% των διαφορών που παρατηρούνται στη διάρκεια ζωής των δίδυμων, ενώ το μεγαλύτερο μέρος της διακύμανσης προέκυψε μέσω επιγενετικής αλλαγής κατά τη διάρκεια της ζωής του ατόμου - διαφορετική επιρροήπεριβάλλον, συμπεριλαμβανομένης της διατροφής.

Για παράδειγμα, διαφορετικές διαφορικές αλλαγές στις αποθηκευμένες επιγενετικές πληροφορίες δημιουργούν μια εντυπωσιακή αντίθεση στην εμφάνιση, την αναπαραγωγική συμπεριφορά και τη διάρκεια ζωής των εργατών και των βασίλισσων, παρά το ίδιο περιεχόμενο DNA.

Έτσι, η επιγενετική ανοίγει μεγάλες προοπτικές για την επιλογή θεραπευτικών μέτρων για γενετικές αλλαγές που επί του παρόντος είναι τεχνικά μη αναστρέψιμες στο ανθρώπινο σώμα. Κατά συνέπεια, ο ορισμός και η κατανόηση της επιγενετικής και των επιγενετικών αλλαγών που συμβαίνουν κατά τη γήρανση είναι ένας σημαντικός τομέας έρευνας που μπορεί να ανοίξει το δρόμο για την ανάπτυξη νέων θεραπευτικών προσεγγίσεων για την καθυστέρηση της γήρανσης και των ασθενειών που σχετίζονται με την ηλικία.

Επιγενετικές αλλαγές με τη γήρανση

Υπάρχουν διάφοροι τύποι επιγενετικών πληροφοριών που κωδικοποιούνται στο επιγονιδίωμά μας, συμπεριλαμβανομένων, ενδεικτικά, της παρουσίας ή απουσίας ιστονών σε οποιαδήποτε συγκεκριμένη αλληλουχία DNA.

Αυτοί οι διάφοροι τύποι επιγενετικών πληροφοριών συνθέτουν το επιγονιδίωμά μας και είναι σημαντικοί καθοριστικοί παράγοντες της λειτουργίας και της μοίρας όλων των κυττάρων και ιστών του σώματος, τόσο των μονοκύτταρων όσο και των πολυκύτταρων οργανισμών. Αναμφίβολα, καθένα από αυτά διάφορα είδηΟι επιγενετικές πληροφορίες είναι λειτουργικά σημαντικές για τη διαδικασία της γήρανσης.

Ένας αυξανόμενος όγκος αποδεικτικών στοιχείων τα τελευταία χρόνια επισημαίνει επίσης ξεκάθαρα τη δομή της χρωματίνης, η οποία φέρει πολλές επιγενετικές πληροφορίες, ως σημαντικό παράγοντα στη διαδικασία της γήρανσης. Η βασική δομική μονάδα της χρωματίνης είναι ο πυρήνας, ο οποίος αποτελείται από 147 ζεύγη βάσεων DNA τυλιγμένα γύρω από ιστόνες. Η συσκευασία του γονιδιωματικού DNA σε μια εξαιρετικά οργανωμένη δομή χρωματίνης ρυθμίζει όλες τις γονιδιωματικές διεργασίες στον πυρήνα, συμπεριλαμβανομένης της αντιγραφής του DNA, της μεταγραφής, του ανασυνδυασμού και της επιδιόρθωσης του DNA, ελέγχοντας την πρόσβαση στο DNA.

Η χρωματίνη είναι η ουσία των χρωμοσωμάτων

Μελέτες σε ανθρώπους και διαφορετικά μοντέλα αποικοδόμησης υποδηλώνουν προοδευτική απώλεια της διαμόρφωσης κατά τη γήρανση της χρωμοσωμικής αρχιτεκτονικής, της ακεραιότητας του γονιδιώματος και της γονιδιακής έκφρασης. Η έρευνα έχει επιβεβαιώσει ότι όλα αυτά τα αποτελέσματα διατηρούνται βασικά σε όλη τη διαδρομή από μονοκύτταρους οργανισμούς όπως η μαγιά έως πολύπλοκους πολυκύτταρους οργανισμούς όπως ο άνθρωπος. Αυτοί οι διατηρημένοι μηχανισμοί βοηθούν στην παροχή μιας σαφέστερης εικόνας της διαδικασίας γήρανσης. Οι επιγενετικές αλλαγές επηρεάζουν σε μεγάλο βαθμό τη διαδικασία γήρανσης για περαιτέρω πρόοδο στην επιγενετική και για τον εντοπισμό πιθανών πολλά υποσχόμενων κατευθύνσεων.

Μείωση ιστόνης με τη γήρανση

Η αντιγραφική διαταραχή συνοδεύεται από απώλεια περίπου των μισών από τις κύριες πρωτεΐνες ιστόνης.

Οι ιστόνες είναι πρωτεΐνες DNA

Μια απότομη μείωση στις κύριες πρωτεΐνες ιστόνης οφείλεται στη μείωση της σύνθεσης των πρωτεϊνών ιστόνης. Στους ανθρώπους, η μειωμένη σύνθεση νέων ιστονών κατά την αποικοδόμηση είναι συνέπεια της ανάπτυξης κολοβωμένων ιστονών που ενεργοποιούνται ως απόκριση στη βλάβη του DNA, εξηγώντας πιθανώς τον μηχανισμό της βράχυνσης των τελομερών περιορίζοντας τον αριθμό των κυτταρικών διαιρέσεων. Επομένως, η απώλεια βασικών ιστονών μπορεί να είναι ένα πιο γενικευμένο φαινόμενο που παρατηρείται με την ηλικία σε πολλούς οργανισμούς.

Η διαδικασία γήρανσης είναι αναμφίβολα πολύπλοκη. Στο σώμα της ζωής, η γήρανση των κυττάρων υφίσταται πολλές αλλαγές και υπάρχει συσσώρευση βλάβης στα μακρομόρια. Ο φαινότυπος της γήρανσης εκδηλώνεται με το άθροισμα των αλλαγών σε διάφορα σήματα.

Οι γενετικές και περιβαλλοντικές αλλαγές είναι σαφώς σημαντικό να αποκρυπτογραφηθούν για την επίδραση ενός συγκεκριμένου παράγοντα στη διαδικασία της μακροζωίας. Γίνεται προφανές μηχανιστικά ότι πολλοί από τους παράγοντες που επηρεάζουν τη διάρκεια ζωής λειτουργούν κυρίως μέσω τροποποίησης του επιγονιδιώματος. Αναμφίβολα, η επιγενετική επίδραση στη διαδικασία γήρανσης πρέπει να περιλαμβάνεται στην τρέχουσα κατανόηση της γήρανσης.

γήρανση των κυττάρων

Τα νεαρά υγιή κύτταρα διατηρούν μια επιγενετική κατάσταση που προάγει το σχηματισμό μιας συμπαγούς δομής ιστόνης και τη ρύθμιση βασικών βιολογικών διεργασιών. Ωστόσο, τα γηρασμένα κύτταρα παρουσιάζουν αλλαγές σε όλες τις πτυχές. Η αναστρέψιμη φύση των επιγενετικών μηχανισμών επιτρέπει σε ορισμένους από αυτούς τους φαινοτύπους να αποκατασταθούν ή να αντιστραφούν για να επιτευχθεί ένα νεότερο κύτταρο. Ενώ ορισμένες μοριακές αλλαγές με τη γήρανση μπορούν να ταξινομηθούν ως αιτίες γήρανσης, άλλες αλλαγές απλώς συνοδεύουν τη διαδικασία γήρανσης. Ωστόσο, κατά τον χαρακτηρισμό των αιτιών και των συνεπειών της υποβάθμισης, είναι απαραίτητο να αναλυθούν προσεκτικά τα πειραματικά αποτελέσματα, καθώς τα περισσότερα από τα σχετικά μονοπάτια είναι αλληλένδετα.

Σταθερός συνδυασμός λειτουργικής ανάλυσης και μοριακής ανάλυσης σε διαφορετικές ηλικιακές ομάδες, σε διαφορετικούς οργανισμούς και ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙΟι ιστοί θα παρέχουν όλες τις απαραίτητες πληροφορίες για την κατανόηση αυτής της εξελικτικά συντηρημένης υποκείμενης διαδικασίας, προκειμένου να αναπτυχθούν θεραπευτικές παρεμβάσεις για την αντιμετώπιση των επιπλοκών που σχετίζονται με την ηλικία. Αναδύεται μια κεντρική ιδέα για την ανάπτυξη επιγενετικών φαρμάκων ή ακόμα και επιγενετικής διατροφής.

Έτσι, οι κύριες προκλήσεις που θα κυριαρχήσουν στο πεδίο στο εγγύς μέλλον θα είναι η επίτευξη μιας ιεραρχικής κατανόησης του τρόπου με τον οποίο η επιγενετική επηρεάζει τη διαδικασία γήρανσης και η κατανόηση των μακροπρόθεσμων επιπτώσεων των θεραπευτικών παρεμβάσεων στο επιγονιδίωμα του ηλικιωμένου ατόμου, δεδομένης της διασύνδεσης της επιγενετικής μηχανισμών.
Από αυτές τις μελέτες προκύπτουν αρκετά σημαντικά συμπεράσματα: η γενετική προδιάθεση της γήρανσης είναι 20-30%, και η υπόλοιπη ζωή μας καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό από τη διατροφή και άλλες περιβαλλοντικές επιρροές.

Τα αποτελέσματα παρέχουν καλύτερη κατανόηση των μηχανισμών που εμπλέκονται στη διαδικασία της γήρανσης. Δεδομένης της αναστρέψιμης φύσης των επιγενετικών πληροφοριών, η έρευνα υπογραμμίζει τις τεράστιες δυνατότητες για θεραπευτική παρέμβαση στη γήρανση και σε ασθένειες που σχετίζονται με την ηλικία, συμπεριλαμβανομένου του καρκίνου.