Jak działa epigenetyka

O ile nie masz identycznego rodzeństwa lub nie znasz pary, istnieje duża szansa, że ​​Twoja wiedza o bliźniakach opiera się częściowo na fikcji. Są wszędzie w kulturze sub, pulpie i popkulturze i trudno winić artystów za wciąganie ich w obraz. W końcu dla gatunku, który ma obsesję na punkcie tożsamości, istnieje bardziej kusząca zagadka niż patrzenie przez stół na fizyczną kopię samego siebie?

Jeśli widziałeś nawet kilka fikcyjnych przedstawień bliźniaków, prawdopodobnie zauważyłeś, że prezentacja ma tendencję do pochylania się w jedną lub drugą skrajność. Albo bliźnięta są niesamowicie podobne (jak małe dziewczynki w „Lśnieniu”), albo zadziwiająco różne (jak dominujące i uległe bliźniacze ginekolodzy w „Dead Ringers”). Kiedy dwoje ludzi wygląda tak podobnie, rzeczy, które ich różnią, są tak samo kłopotliwe, jak te, które czynią ich podobnymi.

DNA odgrywa kluczową rolę we współczesnych koncepcjach tożsamości, ale wraz ze wzrostem naszego rozumienia genetyki, poprawia się także nasze rozumienie tego, co czyni nas tym, kim jesteśmy. Ludzie od dawna toczą debatę między naturą a wychowaniem, dylematem z podtekstem losu i wolnej woli. Czy jesteś osobą, którą jesteś, ponieważ urodziłeś się w ten sposób, czy ze względu na świat, w którym się wychowałeś?

Oczywiście, jeśli jeden identyczny bliźniak dorasta w zamkowych slumsach, a drugi w królewskim pałacu, mogą rozwinąć się w raczej różnych ludzi, bez względu na to, jak podobne są ich geny. Dziedzina epigenetyki wnosi nowe paliwo do tego zagadnienia, rzucając światło na wpływ środowiska, odżywiania i warunków społecznych na ekspresję genów. Czy bliźniaczkę w pałacu wychowała agresywna macocha? Czy bliźniak w slumsach musiał zmagać się z domem pełnym dymu z fajki? Czy jeden jadł kleik, podczas gdy drugi jadł tłuste desery? Czynniki te mogą powodować zmiany epigenetyczne, które zmieniają sposób ekspresji genów każdego bliźniaka. Nawet różnica w diecie może narazić jednego bliźniaka na ryzyko raka, a drugiego pozostawić bez zmian.

W tym artykule przyjrzymy się, jak działa ta fascynująca dziedzina genetyki, jak zmiany epigenetyczne wpływają na nasze życie i co może przynieść przyszłość.

1. Metylacja: od genomu do fenotypu
2. Epigenetyczny spin na naturze kontra wychowanie
3. Odwrócenie przełącznika genetycznego: czynniki epigenetyczne
4. Przyszłość epigenetyki

Czy kiedykolwiek grałeś w symulator lotu? Gra mogła oferować różne ustawienia realizmu, które pozwalają graczom wybrać, jak „prawdziwe” będą ich wrażenia z gry. Często możesz włączać i wyłączać kolizje w powietrzu lub zdecydować, czy skończy ci się amunicja lub gaz . Domyślne ustawienia mogą mieścić się gdzieś pomiędzy czystym symulatorem a zręcznościową strzelanką, ale gra może być bardziej realistyczna, w zależności od tego, czy włączysz odpowiednie opcje.

Jak się okazuje, nasze geny działają w bardzo podobny sposób. Jeśli nasz nagromadzony materiał genetyczny (lub genom) służy jako nasz program, nasze doświadczenie w grach jest naszym fenotypem , obserwowalnymi cechami organizmu. Z kolei wiele czynników powoduje procesy epigenetyczne, które włączają i wyłączają różne geny.

Naukowcy po raz pierwszy ukuli termin „epigenetyczny” (co dosłownie oznacza „powyżej genomu”) w latach 40. XX wieku jako sposób klasyfikacji zmian zachodzących między genomem a fenotypem. Na przykład, dlaczego tylko jeden identyczny bliźniak miałby zachorować na raka, a nie oba? W dążeniu do zrozumienia, co się dzieje, naukowcy dokładniej przyjrzeli się związkowi między DNA a rozwojem komórkowym.

DNA znajduje się w jądrze komórki , główny program znajdujący się w centrum każdego fragmentu, który czyni nas tym, kim jesteśmy. Enzymy przyłączają do DNA wiązki węgla i wodoru (CH ₃ ) zwane grupami metylowymi , często w pobliżu początku genu – w tym samym miejscu, w którym przyłączają się białka, aby aktywować gen. Jeśli białko nie może się przyłączyć z powodu blokującej grupy metylowej, gen zwykle pozostaje wyłączony. Naukowcy nazywają ten szczególny proces epigenetyczny metylacją . Układ tych pęczków może się drastycznie zmieniać w ciągu życia, ale może też utrwalić się na stałe podczas rozwoju zarodka. Wszystko zależy od różnych czynników, które mogą wpływać na rozkład grup metylowych.

Chociaż naukowcy zajmujący się epigenetyką poświęcili większość swoich badań metylacji, zidentyfikowali wiele różnych typów procesów epigenetycznych. Wśród tych procesów występuje duża liczba modyfikacji chromatyny . Wewnątrz jądra DNA zwija się wokół wiązek białek histonowych , tworząc chromatynę , która z kolei tworzy chromosomy. Zmień strukturę chromatyny, a zmienisz ekspresję genów. Różne grupy chemiczne osiągają ten cel poprzez przyłączanie się do histonów.

Jak to wszystko wpływa na debatę między naturą a wychowaniem? Dowiedz się na następnej stronie.

Odśwież DNA

Czy jesteś trochę rozmyty w badaniach genetycznych? Pozwól nam to wszystko wyjaśnić w artykule Jak działa DNA i jak działają komórki .

To połowa meczu między naturą a edukacją. Przyjrzyjmy się wynikowi. Fakt, że w dużej mierze opieramy się na genach, które odziedziczyliśmy po naszych rodzicach, jest z pewnością ważny dla natury, ale fakt, że nasze codzienne życie może wpływać na zmiany epigenetyczne, z pewnością stawia ją na planszy do wychowania. Co ciekawe, kolejny drobiazg nie przerywa remisu – daje punkt dla obu stron. Na podstawie tego, co wiemy teraz, wydaje się, że przynajmniej niektóre zmiany epigenetyczne są dziedziczne.

Wróć na chwilę do analogii z grami wideo. Twoi rodzice nie tylko przekazują ci główny program, ale także niektóre ustawienia gry, z których korzystali. Niektóre modyfikacje chromatyny przenoszą się na nowo zsyntetyzowane DNA i białka. Jak można sobie wyobrazić, perspektywa dziedzicznych zmian epigenetycznych ma ogromny wpływ na nasze zrozumienie ewolucji . Naukowcy ponownie ocenili nawet teorie, które wcześniej zdyskredytowali, na przykład te opracowane przez XVIII-wiecznego naukowca Jeana-Baptiste'a Lamarcka. Chociaż ostatnie odkrycia nie potwierdzają całkowicie teorii Lamarcka, że ​​szyje żyraf wydłużały się w ciągu pokoleń sięgania po jedzenie , niektóre dowody są z pewnością Lamarcka.

Weźmy na przykład pchłę wodną. W środowisku pełnym drapieżników, stworzenia rozwijają duże, obronne kolce – cechę, którą rozwija również ich potomstwo, nawet jeśli wychowuje się w środowisku wolnym od drapieżników. Proces ten nazywany jest międzypokoleniowym dziedziczeniem epigenetycznym . Ludzie być może nie muszą zmagać się z rosnącymi kolcami obronnymi, ponieważ tata czuł się zagrożony, ale badania wykazały, że różne zachowania i stany zdrowotne są spowodowane odziedziczonymi zmianami epigenetycznymi.

Zmiany epigenetyczne umożliwiają również komórkom macierzystym przekształcenie się w wyspecjalizowane komórki , takie jak te znajdujące się w mózgu. Podczas gdy organizmy zależą od tego ważnego procesu, zmiany epigenetyczne również przyczyniają się do chorób. W niektórych przypadkach włączony jest gen lub geny związane z wyniszczającymi chorobami, takimi jak zespół Angelmana . W innych przypadkach zmiany epigenetyczne wyłączają naprawdę ważny gen. Używając ponownie przykładu gry wideo, istnieje pewien zakres ustawień, które działają dobrze dla organizmu, ale włączenie zbyt małej lub zbyt dużej liczby opcji może prowadzić do bardzo niezadowalających wrażeń z gry. Naukowcy uważają nawet, że zarówno spadek, jak i wzrost metylacji(wiązki chemiczne, które enzymy przyłączają do DNA) mogą powodować raka, włączając zbyt wiele genów promujących wzrost lub wyłączając geny hamujące nowotwór.

Jakie czynniki zmieniają te epigenetyczne przełączniki? Dowiedz się na następnej stronie.

Im więcej patrzysz na epigenetykę, tym bardziej wydaje się, że nasze życie to niewiele więcej niż lista kontrolna różnych genów, które można włączyć lub wyłączyć. Nie chcesz się starzeć tak szybko? Kliknij tutaj. Dbasz o małą otyłość? Po prostu zaznacz „tak” lub „nie” ołówkiem nr 2. Oczywiście najważniejszą rzeczą jest to, że wciąż próbujemy dowiedzieć się, jakie czynniki prowadzą do jakich odpowiedzi na genetycznych arkuszach Scantron, które definiują nasze życie.

Zmiany epigenetyczne, podobnie jak wiele naszych procesów życiowych, spadają na nasze ciała, aby sobie z nimi radzić. Pomyśl tylko o tym, kiedy ostatnio spaliłeś obiad lub nosiłeś niewłaściwe skarpetki do pracy. Czy naprawdę chcesz mieć bezpośrednią kontrolę nad biciem serca lub sposobem ekspresji genów? Nie, więc Twoje ciało reaguje na otoczenie i dba o to wszystko za Ciebie. W międzyczasie Twój mózg (czyli Ty) zajmuje się tak istotnymi zadaniami rozwiązywania problemów, jak zbieranie pożywienia , hodowla i pamiętanie o wyłączeniu żelaza. Jednak w naszym wolnym czasie poświęciliśmy wiele wysiłku, aby dowiedzieć się, jak nasze ciała robią to, co robią. W związku z tym ustaliliśmy już, w jaki sposób niektóre czynniki powodują zmiany epigenetyczne.

Odżywianie : Jak to się mówi, jesteś tym, co jesz. Badania wykazały, że niedobory lub nadmiary pożywienia w dzieciństwie mogą powodować zmiany epigenetyczne, które prowadzą do cukrzycy, otyłości i wczesnego dojrzewania. Adaptacje, które miały sens w czasie głodu, mogą następnie przenieść się na dzieci i wnuki, które żyją w okresie obfitości. Geny stają się epigenetycznie nastawione na radzenie sobie z niekorzystnymi warunkami, a następnie przechodzą na potomstwo, które może cieszyć się wygodniejszymi warunkami. Eksperymenty wykazały również, w jaki sposób żywność może powodować zmiany epigenetyczne w macicy. Naukowcy wpłynęli na kolor sierści i powstrzymali otyłość u myszy, karmiąc matkę dietą bogatą w soję, która zmienia metylację [źródło: Ray ].

Wychowanie: Dziedzina epigenetyki nadal rzuca światło na znaczenie opieki rodzicielskiej dla zdrowia psychicznego. Eksperymenty wykazały, że szczury-matki, które rzadko pielęgnują i pielęgnują swoje szczenięta, wychowują niespokojne potomstwo. To złe rodzicielstwo faktycznie zmienia geny kontrolujące produkcję hormonów stresu. W ten sposób natura przygotowuje młode do potencjalnie niebezpiecznego środowiska. U ludzi naukowcy zaobserwowali zmiany metylacji w mózgach ofiar samobójstw. Obszary hipokampa , części mózgu, która może wpływać na nastrój, zawierały wyłączone geny. Szacuje się, że jedna na pięć ofiar samobójstw doświadczyła krzywdzenia dzieci, co skłoniło ekspertów do rozważenia możliwej korelacji między stresującym wychowaniem a zmianami epigenetycznymi [źródło:Ekonomista ].

Badania wciąż odkrywają powiązania między zmianami epigenetycznymi a różnymi czynnikami w naszych środowiskach i dietach. Jak możemy skorzystać z tej wiedzy? Dowiedz się na następnej stronie.

Tatusiowie, kokaina i fungicyd

Nie tylko matki przekazują zmiany epigenetyczne potomstwu. Eksperymenty na szczurach wykazały, że środek grzybobójczy, winklozolina, może powodować podatność na raka i wady nerek, które mogą być przenoszone na potomstwo poprzez zmiany metylacji. W podobnym eksperymencie medycznym naukowcy odkryli, że myszy używające kokainy przekazały problemy z pamięcią trzem pokoleniom potomków dzięki zmianom epigenetycznym.

Wraz ze wzrostem wiedzy na temat epigenomu wciąż dowiadujemy się więcej o tym, jak spożywane przez nas substancje i sytuacje społeczne, w których żyjemy, wpływają na sposób ekspresji naszych genów. Naukowcy już zastanawiają się, w jaki sposób organizmy ewoluują i jak cechy są przekazywane z rodzica na potomstwo. Ale w którym momencie ta wiedza zacznie zmieniać sposób, w jaki żyjemy? W którym momencie będziemy mogli zażyć pigułkę i zablokować lub odblokować odpowiednią kombinację genów, aby poprawić jakość naszego życia?

Podczas gdy wyłączenie starzenia się i dostrojenie ludzkiego genomu to dość budzące podziw możliwości, epigenetycy są znacznie bardziej zainteresowani odkrywaniem sposobów leczenia chorób epigenetycznych. Ponieważ niektóre nowotwory występują z powodu dezaktywacji genów hamujących nowotwór, naukowcy pracowali nad opracowaniem leków, które je reaktywują. Na przykład lek azacytydyna leczy w ten sposób białaczkę. Jednak znalezienie odpowiednich części epigenomu do leczenia może być jak znalezienie igły w stogu siana. A kiedy naukowcy znajdą obszary, na które chcą wpływać, leki epigenetyczne nie są aż tak specyficzne. Mogą odnieść sukces w blokowaniu lub odblokowywaniu genów, które chcieli leczyć, ale także wpływać na inne geny, powodując potencjalnie niebezpieczne skutki uboczne.

Po zakończeniu Human Genome Project, Human Epigenome Project ma obecnie na celu zmapowanie zakresu zmian, które mogą wystąpić między genomem a fenotypem. Jednak po zakończeniu mapa epigenomiczna może również okazać się przydatna w określaniu osób zagrożonych niektórymi chorobami i zachęcaniu do zmian stylu życia, które mogą zapobiec włączaniu lub wyłączaniu niewłaściwych genów.

Jednak stawką jest coś więcej niż przyszłe leki. Odkrycia epigenetyczne zmuszają również lekarzy do ponownego zbadania istniejących leków. Nawet azacytydyna, pierwszy lek epigenomiczny zatwierdzony przez FDA, był wcześniej stosowany w leczeniu zaburzeń komórek macierzystych szpiku kostnego. Dopiero po odkryciu jego efektów epigenetycznych lekarze zbadali jego zastosowania w innych obszarach.

Komórki macierzyste są również kluczowe dla epigenetyków. Badając zmiany epigenetyczne, które determinują rozwój komórek , może w końcu stać się możliwe dyktowanie, w jaki typ tkanki rozwinie się komórka macierzysta. Aby uzyskać więcej informacji na temat konsekwencji tego, przeczytaj Jak działają komórki macierzyste .

Tymczasem im więcej wiemy o zmianach epigenetycznych, tym bardziej zdajemy sobie sprawę z korelacji między naszymi działaniami i nie tylko własnym życiem, ale życiem naszych dzieci. Kiedy odrywamy kolejną warstwę genetyczną, aby dowiedzieć się, kim jesteśmy, jakie inne tajemnice czekają na nas?

Skorzystaj z łączy na następnej stronie, aby dowiedzieć się jeszcze więcej o DNA .

Powiązane artykuły

Więcej świetnych linków

Źródła

­