Эпигенетика
Эпигенетика - это изучение изменений в активности генов, которые не вызваны изменениями в последовательности ДНК. Это изучение экспрессии генов, того, как гены вызывают свои фенотипические эффекты.
Эти изменения в активности генов могут сохраняться в течение всей жизни клетки, а также в течение многих поколений клеток, в результате клеточных делений. Однако при этом не происходит изменения основной последовательности ДНК организма. Вместо этого ненаследственные факторы заставляют гены организма вести себя (экспрессироваться) по-другому. Эпигенетика работает посредством специфических механизмов, таких как метилирование ДНК.
Эпигенетические факторы могут сохраняться до зрелого возраста.
Определения
Общее определение - "изучение... активности генов во время развития сложных организмов". Таким образом, эпигенетика может быть использована для описания всего, что, кроме последовательности ДНК, влияет на развитие организма.
Более строгое или узкое определение - "изучение митотически и/или мейотически наследуемых изменений в функции генов, которые не могут быть объяснены изменениями в последовательности ДНК".
Термин "эпигенетика" используется для описания процессов, которые не наследуются. Примером может служить модификация гистонов. Поэтому некоторые определения не требуют наследственности. Адриан Берд определил эпигенетику как "структурную адаптацию хромосомных участков для регистрации, сигнализации или закрепления измененных состояний активности". Это определение включает в себя фазы восстановления ДНК или деления клеток, а также стабильные изменения на протяжении поколений клеток. Оно исключает другие, такие как прионы, если они не влияют на функцию хромосом.
В проекте NIH Roadmap Epigenomics Project используется следующее определение: "...Для целей данной программы эпигенетика относится как к наследуемым изменениям активности и экспрессии генов (в потомстве клеток или индивидуумов), так и к стабильным, долгосрочным изменениям в транскрипционном потенциале клетки".
В 2008 году на встрече в Колд Спринг Харбор было дано консенсусное определение эпигенетического признака: "стабильно наследуемый фенотип, возникающий в результате изменений в хромосоме без изменений в последовательности ДНК".
Достоверный и читабельный отчет можно найти в газете The Guardian.
Примеры
Лучшим примером эпигенетических изменений у эукариот является процесс дифференциации клеток. В процессе морфогенеза генерализованные стволовые клетки становятся клеточными линиями эмбриона, которые в свою очередь превращаются в полностью дифференцированные клетки. Другими словами, одна клетка оплодотворенного яйца - зигота - делится и изменяется во все многочисленные типы клеток: нейроны, мышечные клетки, эпителий, кровеносные сосуды и т.д.
По мере развития эмбриона одни гены включаются, а другие выключаются или сдерживаются. Этот процесс называется генной регуляцией. Внутри клеточного ядра существует множество молекул, которые выполняют работу по регулированию работы генов.
ДНК и гистоны образуют так называемый хроматин. Эпигенетические изменения в хроматине копируются во время деления клетки. В результате образуется линия клеток, все из которых похожи друг на друга. Это называется тканью.
Мейоз отменяет эпигенетические изменения и возвращает геном в исходное состояние, так что этот процесс разворачивается в каждом новом поколении. Из этого правила есть некоторые исключения, но ни одно из них не связано с изменениями последовательностей пар оснований ДНК.
Этот процесс отличается от мутаций ДНК. Генетические мутации изменяют первичную последовательность ДНК, и мутации могут произойти в любой клетке. Однако только мутации в клетках, участвующих в воспроизводстве, могут повлиять на потомство.
Вопросы и ответы
В: Что такое эпигенетика?
О: Эпигенетика - это изучение изменений в активности генов, которые не вызваны изменениями в последовательности ДНК. Это изучение экспрессии генов, или того, как гены вызывают свои фенотипические эффекты.
В: Как долго длятся эпигенетические изменения?
О: Эпигенетические изменения могут сохраняться в течение всей жизни клетки, и даже могут сохраняться в течение многих поколений клеток в результате клеточных делений.
В: Происходит ли изменение основной последовательности ДНК при эпигенетических изменениях?
О: Нет, при возникновении эпигенетики не происходит никаких изменений в основной последовательности ДНК организма. Вместо этого, ненаследственные факторы заставляют гены вести себя по-другому, не изменяя их генетическую структуру.
В: Какие механизмы использует эпигенетика для своей работы?
О: Эпигенетика работает с помощью таких механизмов, как метилирование ДНК.
В: Продолжают ли эпигенетические факторы действовать во взрослом возрасте?
О: Да, эпигенетические факторы могут действовать и во взрослом возрасте.
В: Как гены выражают себя по-разному из-за эпигенетики? О: Гены проявляют себя по-разному из-за ненаследственных факторов, которые заставляют их вести себя по-разному без изменения их генетической структуры.
В: Каждый ли организм имеет свой уникальный набор эпигенетических процессов?
О: Да, каждый организм имеет свой уникальный набор эпигенетических процессов, которые определяют, как будут выражаться его гены с течением времени и в разных поколениях.
