Pasakos

Epigenetinis reguliavimas. Epigenetika: genai ir kažkas aukščiau. Epigenetinių pokyčių rezultatų trukmė ir epigenetikos ateitis

Epigenetika yra genetikos šaka, kuri neseniai atsirado kaip nepriklausoma tyrimų sritis. Tačiau šiandien šis jaunas dinamiškas mokslas siūlo revoliucinį požiūrį į gyvų sistemų vystymosi molekulinius mechanizmus.

Viena drąsiausių ir įkvepiančių epigenetinių hipotezių, kad daugelio genų aktyvumui įtakos turi išorė, dabar patvirtina daugelį eksperimentų su modeliniais gyvūnais. Mokslininkai atsargiai komentuoja savo rezultatus, tačiau to neatmeta Homo sapiens visiškai nepriklauso nuo paveldimumo, o tai reiškia, kad gali tikslingai jį paveikti.

Ilgainiui, jei mokslininkai bus teisūs ir jiems pavyks rasti raktus į genų kontrolės mechanizmus, žmogus taps pavaldus fiziniams procesams, vykstantiems organizme. Senėjimas gali būti tarp jų.

Fig. RNR trukdžių mechanizmas.

DsRNR molekulės gali būti plaukų segtuko RNR arba dvi suporuotos RNR grandinės, papildančios viena kitą.
Ilgos dsRNR molekulės ląstelėje supjaustomos (apdorojamos) į trumpas Dicer fermento pagalba: vienas iš jo domenų specialiai suriša dsRNR molekulės galą (pažymėtą žvaigždute), o kita sukuria pertraukas (pažymėtas baltomis rodyklėmis) abi dsRNR grandinės.

Dėl to susidaro 20–25 nukleotidų ilgio dvigubos grandinės RNR (siRNR), o „Dicer“ pereina prie kito dsRNR skilimo ciklo, prisijungdamas prie jo naujai suformuoto galo.

Šios siRNR gali būti įtrauktos į kompleksą, kuriame yra Argonaute baltymas (AGO). Viena iš siRNR grandinių komplekse su AGO baltymu randama ląstelę papildančioje pasiuntinio RNR (mRNR) molekulėse. AGO supjausto tikslines mRNR molekules, dėl to mRNR suyra arba sustabdo mRNR transliaciją ribosomoje. Trumpos RNR taip pat gali slopinti joms homologinio geno transkripciją (RNR sintezę) branduolio nukleotidų sekoje.
(brėžinys, schema ir komentarai / žurnalas „Gamta“ Nr. 1, 2007)

Galimi ir kiti, dar nežinomi mechanizmai.
Skirtumas tarp epigenetinio ir genetinio paveldėjimo mechanizmų yra jų stabilumas, poveikio atkuriamumas. Genetiškai nustatytus požymius galima atkurti neribotą laiką, kol atitinkamame gene įvyks tam tikras pokytis (mutacija).
Epigenetiniai pokyčiai, kuriuos sukelia tam tikri dirgikliai, dažniausiai atkuriami ląstelių kartose vieno organizmo gyvenime. Kai jie perduodami kitoms kartoms, jie gali daugintis ne daugiau kaip 3–4 kartų, o tada, jei juos sukėlęs dirgiklis išnyksta, jie pamažu išnyksta.

Kaip tai atrodo molekuliniu lygiu? Epigenetiniai žymekliai, kaip įprasta vadinti šiuos cheminius kompleksus, ar jie nėra išsidėstę nukleotiduose, kurie sudaro DNR molekulės struktūrinę seką, bet ant jų ir tiesiogiai fiksuoja tam tikrus signalus?

Gana teisus. Epigenetiniai žymenys tikrai yra ne nukleotiduose, o ant jų (metilinimas) arba iš jų (chromatino histonų, mikroRNR acetilinimas).
Kas nutinka, kai šie žymekliai perduodami ateities kartoms, geriausiai paaiškinama naudojant analogiją Kalėdų eglutę. „Žaislai“ (epigenetiniai žymenys), perduodami iš kartos į kartą, yra visiškai pašalinami iš jo formuojant blastocistą (8 ląstelių embrioną), o tada, implantuojant, jie „uždedami“ tose pačiose vietose, kur jie buvo anksčiau. Tai žinoma jau seniai. Tačiau tai, kas neseniai tapo žinoma ir visiškai pakeitė mūsų biologijos idėjas, yra susijusi su epigenetinėmis modifikacijomis, įgytomis per tam tikro organizmo gyvenimą.

Pavyzdžiui, jei organizmas yra veikiamas tam tikros įtakos (karščio šoko, bado ir kt.), Atsiranda stabili epigenetinių pokyčių indikacija („naujo žaislo pirkimas“). Kaip minėta anksčiau, tokie epigenetiniai žymenys tręšiant ir formuojant embrionus ištrinami be pėdsakų ir todėl nėra perduodami palikuonims. Paaiškėjo, kad taip nėra. Pastaraisiais metais atlikus daugybę tyrimų, epigenetiniai pokyčiai, kuriuos sukėlė aplinkos stresas vienos kartos atstovams, buvo aptikti 3-4 vėlesnių kartų atstovų. Tai rodo galimybę paveldėti įgytas savybes, kurios dar visai neseniai buvo laikomos absoliučiai neįmanoma.

Kokie yra svarbiausi veiksniai, sukeliantys epigenetinius pokyčius?

Tai visi veiksniai, veikiantys jautriais (jautriais) vystymosi etapais. Žmonėms tai yra visas gimdos vystymosi laikotarpis ir pirmieji trys mėnesiai po gimimo. Svarbiausi iš jų yra mityba, virusinės infekcijos, mamos rūkymas nėštumo metu, nepakankama vitamino D gamyba (esant saulei), motinos stresas.
Tai yra, jie padidina organizmo prisitaikymą prie kintančių sąlygų. O kokie „pasiuntiniai“ egzistuoja tarp veiksnių aplinka ir epigenetiniai procesai - dar niekas nežino.

Tačiau, be to, yra įrodymų, kad pats „jautriausias“ laikotarpis, per kurį galimos pagrindinės epigenetinės modifikacijos, yra perikoncepcinis (pirmieji du mėnesiai po pastojimo). Gali būti, kad tikslingi bandymai kištis į epigenetinius procesus dar prieš pastojimą, tai yra, į lytines ląsteles dar prieš susidarant zigotai, gali būti veiksmingi. Tačiau net ir pasibaigus embriono vystymosi etapui, epigenomas išlieka gana plastiškas; kai kurie tyrinėtojai bando jį ištaisyti ir suaugusiesiems.

Pavyzdžiui, Min Joo Fang ( Ming Zhu Fang) ir jos kolegos iš Rutgerso universiteto Naujajame Džersyje (JAV) nustatė, kad suaugusiesiems, naudojant tam tikrą žaliosios arbatos komponentą (antioksidantas epigallokatechino galatas (EGCG)), galima aktyvuoti naviko slopinimo genus (slopintuvus) DNR demetilinimo būdu.

Dabar Jungtinėse Amerikos Valstijose ir Vokietijoje, remiantis naujausių epigenetikos tyrimų diagnozuojant vėžį rezultatais, jau kuriama apie dešimt vaistų.
Kokie dabar yra pagrindiniai epigenetikos klausimai? Kaip jų sprendimas gali paskatinti senėjimo mechanizmų (proceso) tyrimą?

Manau, kad senėjimo procesas iš prigimties yra epigenetinis („kaip ontogenezės etapas“). Tyrimai šioje srityje pradėti tik pastaraisiais metais, tačiau jei juos vainikuos sėkmė, galbūt žmonija gaus galingą naują priemonę kovai su ligomis ir gyvenimo pratęsimui.
Dabar pagrindinės problemos yra epigenetinis ligų (pvz., Vėžio) pobūdis ir naujų požiūrių į jų prevenciją bei gydymą kūrimas.
Jei įmanoma ištirti su amžiumi susijusių ligų molekulinius epigenetinius mechanizmus, bus galima sėkmingai neutralizuoti jų vystymąsi.

Juk, pavyzdžiui, bitė darbininkė gyvena 6 savaites, o bičių motina - 6 metus.
Turėdami visišką genetinę tapatybę, jie skiriasi tik tuo, kad būsimoji bičių motina vystymosi metu keletą dienų maitinama bičių pieneliu daugiau nei paprasta darbinė bitė.

Dėl to šių bičių kastų atstovai sukuria šiek tiek skirtingus epigenotipus. Ir nepaisant išorinio ir biocheminio panašumo, jų gyvenimo trukmė skiriasi 50 kartų!

60 -ųjų tyrimo metu buvo įrodyta, kad su amžiumi jis mažėja. Tačiau ar mokslininkai sugebėjo atsakyti į klausimą: kodėl taip atsitinka?

Yra daug darbų, rodančių, kad senėjimo charakteristikos ir greitis priklauso nuo ankstyvos ontogenezės sąlygų. Dauguma tai sieja būtent su epigenetinių procesų korekcija.

Su amžiumi DNR metilinimas mažėja, kodėl taip atsitinka, dar nežinoma. Viena iš versijų yra ta, kad tai yra prisitaikymo pasekmė, organizmo bandymas prisitaikyti tiek prie išorinių įtampų, tiek prie vidinio „pervargimo“ - senėjimo.

Gali būti, kad su amžiumi susijusios demetilinimo metu „įtraukta“ DNR yra papildomas prisitaikantis šaltinis, viena iš vitaukto proceso apraiškų (kaip tai pavadino puikus gerontologas Vladimiras Veniaminovičius Frolkis) - fiziologinis procesas, neutralizuojantis senėjimą.

Norint atlikti pakeitimus genų lygyje, būtina identifikuoti ir pakeisti mutavusią DNR „raidę“, galbūt dalį genų. Kol kas perspektyviausias būdas tokioms operacijoms atlikti yra biotechnologinis. Tačiau kol kas tai yra eksperimentinė kryptis ir ypatingų proveržių joje dar nėra. Metilinimas yra plastiškesnis procesas, jį lengviau pakeisti, taip pat ir naudojant farmakologinius vaistus. Ar įmanoma išmokti selektyviai valdyti? Ką dar reikia padaryti, kad tai pasiektumėte?

Metilinimas yra mažai tikėtinas. Jis yra nespecifinis, daro įtaką viskam. Galite išmokyti beždžionę mušti fortepijono klavišus, ir ji iš jos skleis garsius garsus, tačiau vargu ar ji atliks Mėnulio šviesos sonatą. Nors yra pavyzdžių, kai metilinimo pagalba buvo įmanoma pakeisti organizmo fenotipą. Garsiausias pavyzdys yra su pelėmis - mutanto agouti geno nešiotojais (aš jau jį citavau). Šioms pelėms įvyko įprastos kailio spalvos pasikeitimas, nes „defektinis“ genas jose buvo „išjungtas“ dėl metilinimo.

Tačiau galima selektyviai paveikti genų ekspresiją, o tam puikiai tinka trukdančios RNR, kurios veikia labai specifiškai, tik „savoms“. Toks darbas jau vyksta.

Pavyzdžiui, neseniai amerikiečių mokslininkai persodino žmogaus naviko ląsteles į peles, kurios slopino imuninės sistemos funkciją, o tai galėjo daugintis ir metastazuoti pelėms su imunodeficitu. Mokslininkams pavyko nustatyti tuos, kurie išreikšti metastazavusiose ląstelėse, ir, susintetinę atitinkamą trukdančią RNR ir suleidę ją pelėms, blokuoja „vėžio“ pasiuntinio RNR sintezę ir atitinkamai slopina naviko augimą bei metastazes.

Tai yra, remiantis šiuolaikiniais tyrimais, galime pasakyti, kad epigenetiniai signalai yra įvairių gyvų organizmų procesų pagrindas. Kokie jie? Kokie veiksniai turi įtakos jų formavimuisi? Ar mokslininkai sugeba iššifruoti šiuos signalus?

Signalai gali būti labai įvairūs. Vystymosi ir streso metu tai daugiausia hormoninio pobūdžio signalai, tačiau yra įrodymų, kad net tam tikro dažnio žemo dažnio elektromagnetinio lauko, kurio intensyvumas yra milijonas (!) Kartų mažesnis nei natūralaus elektromagnetinio poveikio, įtaka lauke, gali sukelti šilumos šoko baltymų (HSP70) genų raišką ląstelių kultūroje. Šiuo atveju šis laukas, žinoma, neveikia „energetiškai“, o yra savotiškas signalinis „trigeris“, „sukeliantis“ geno išraišką. Čia dar daug kas paslaptinga.

Pavyzdžiui, neseniai atidarytas pašalinis efektas(„Stebėtojo efektas“).
Trumpai tariant, jo esmė yra tokia. Kai apšvitiname ląstelių kultūrą, jos turi platų spektrą reakcijų - nuo chromosomų aberacijų iki radioadaptyvių reakcijų (gebėjimas atlaikyti dideles radiacijos dozes). Bet jei pašalinsime visas apšvitintas ląsteles ir likusias maistinė terpė mes perduodame kitus, neapšvitinti, jie parodys tas pačias reakcijas, nors niekas jų neapšvitino.

Manoma, kad apšvitintos ląstelės į terpę išskiria kai kuriuos epigenetinius „signalinius“ veiksnius, kurie sukelia panašius pokyčius neapšvitintose ląstelėse. Kokia šių veiksnių prigimtis - kol kas niekas nežino.

Dideli lūkesčiai pagerinti gyvenimo kokybę ir gyvenimo trukmę yra susiję su mokslo pažanga tiriant kamienines ląsteles. Ar epigenetika sugebės pateisinti viltis, kurias ji deda į perprogramavimo ląsteles? Ar tam yra rimtų prielaidų?

Jei bus sukurta patikima somatinių ląstelių „epigenetinio perprogramavimo“ į kamienines ląsteles technika, tai neabejotinai bus biologijos ir medicinos revoliucija. Kol kas šia linkme žengiami tik pirmieji žingsniai, tačiau jie teikia vilčių.

Garsioji nuostata: žmogus yra tai, ką jis valgo. Kokį poveikį maistas daro mums? Pavyzdžiui, Melburno universiteto genetikai, tyrę ląstelinės atminties mechanizmus, nustatė, kad gavusi vieną cukraus dozę, ląstelė keletą savaičių saugo atitinkamą cheminį žymenį.

Yra net specialus epigenetikos skyrius - Mitybos epigenetika, sprendžiant būtent epigenetinių procesų priklausomybės nuo mitybos savybių klausimą. Šios savybės ypač svarbios ankstyvosiose organizmo vystymosi stadijose. Pavyzdžiui, kai kūdikis maitinamas ne motinos pienu, o sausais mitybos mišiniais, kurių pagrindą sudaro karvės pienas, jo kūno ląstelėse įvyksta epigenetiniai pokyčiai, kuriuos laikui bėgant lemia įspaudimo (įspaudimo) mechanizmas. autoimuninio proceso pradžia kasos beta ląstelėse ir dėl to I tipo diabetas.

Fig. cukrinio diabeto vystymasis (pav. padidėja paspaudus žymeklį). Sergant autoimuninėmis ligomis, tokiomis kaip 1 tipo diabetas, žmogaus imuninė sistema puola savo organus ir audinius.
Kai kurie autoantikūnai organizme pradedami gaminti gerokai anksčiau nei atsiranda pirmieji ligos simptomai. Jų identifikavimas gali padėti įvertinti ligos išsivystymo riziką.
(nuotrauka iš žurnalo „MOKSLO PASAULYJE“, 2007 m. liepos mėn. Nr. 7)

O netinkama (kalorijų ribota) mityba vaisiaus vystymosi metu yra tiesioginis kelias į nutukimą suaugus ir II tipo diabetą.

Tai reiškia, kad žmogus vis dar atsakingas ne tik už save, bet ir už savo palikuonis: vaikus, anūkus, proanūkius?

Taip, žinoma, ir daug didesniu mastu, nei manyta anksčiau.

O koks yra vadinamojo genomo atspaudo epigenetinis komponentas?

Genominiame atspaude tas pats genas fenotipiškai pasireiškia skirtingai, priklausomai nuo to, ar jis perduodamas palikuonims iš tėvo ar motinos. Tai yra, jei genas yra paveldėtas iš motinos, tada jis jau yra metilintas ir neišreikštas, o iš tėvo paveldėtas genas nėra metilinamas ir yra išreikštas.

Genominis įspaudas aktyviausiai tiriamas vystantis įvairioms paveldimoms ligoms, kurios perduodamos tik iš tam tikros lyties protėvių. Pavyzdžiui, jaunatviška Huntingtono ligos forma pasireiškia tik tada, kai mutantas alelį paveldi iš tėvo, o atrofinė miotonija - iš motinos.
Ir tai nepaisant to, kad žmonės, sukeliantys šias ligas, yra visiškai vienodi, nepriklausomai nuo to, ar jie paveldėti iš tėvo ar motinos. Skirtumai slypi „epigenetinėje priešistorėje“ dėl to, kad jie yra motininiuose ar, atvirkščiai, tėviškuose organizmuose. Kitaip tariant, jie turi tėvų lyties „epigenetinį atspaudą“. Kai kūne randamas tam tikros lyties protėvis, jie yra metilinami (funkciškai slopinami), o kiti yra demetilinami (atitinkamai išreiškiami), o tos pačios būsenos paveldi palikuonys, lemiantys (arba ne) atsiradimą nuo tam tikrų ligų.

Jūs studijavote radiacijos poveikį organizmui. Žinoma, kad mažos spinduliuotės dozės teigiamai veikia vaisinių muselių gyvenimo trukmę. vaisių musė... Ar įmanoma treniruoti žmogaus kūną mažomis spinduliuotės dozėmis? Aleksandras Michailovičius Kuzinas, kurį jis išreiškė dar praėjusio amžiaus aštuntajame dešimtmetyje, dozės, kurios yra maždaug eilės tvarka didesnės už fonines, sukelia stimuliuojantį poveikį.

Pavyzdžiui, Keraloje foninis lygis yra ne 2, o 7,5 karto didesnis nei „vidutinis Indijos“ lygis, tačiau nei sergamumas vėžiu, nei mirtingumas nuo jo nesiskiria nuo bendros Indijos populiacijos.

(Žiūrėkite, pavyzdžiui, naujausią šia tema: Nair RR, Rajan B, Akiba S, Jayalekshmi P, Nair MK, Gangadharan P, Koga T, Morishima H, Nakamura S, Sugahara T. Fono radiacijos ir vėžio paplitimas Kerala, Indija-Karanagappally kohortos tyrimas. Sveikata Fiz. 2009 m. Sausis; 96 (1): 55-66)

Viename iš tyrimų analizavote duomenis apie 105 tūkstančių kijeviečių, mirusių 1990–2000 m., Gimimo ir mirties datas. Kokios išvados padarytos?

Metų pabaigoje (ypač gruodį) gimusių žmonių gyvenimo trukmė pasirodė pati ilgiausia, trumpiausia - tarp „balandžio – liepos“. Skirtumai tarp minimalios ir maksimalios mėnesio vidurkio vertės buvo labai dideli ir siekė 2,6 metų vyrams ir 2,3 metų moterims. Mūsų rezultatai rodo, kad kiek žmogus gyvens, labai priklauso nuo metų, kuriais jis gimė, sezono.

Ar įmanoma pritaikyti gautą informaciją?

Kokios būtų rekomendacijos? Pavyzdžiui, pavasarį (geriausia kovo mėnesį) susilaukti vaikų, kad jie būtų potencialūs šimtamečiai? Bet tai yra absurdas. Gamta vieniems neduoda visko, kitiems - nieko. Taip yra ir su „sezoniniu programavimu“. Pavyzdžiui, daugelyje šalių (Italijoje, Portugalijoje, Japonijoje) atliktų tyrimų metu paaiškėjo, kad moksleiviai ir studentai, gimę pavasario pabaigoje - vasaros pradžioje (mūsų duomenimis - „trumpalaikiai“), turi aukščiausius intelektinius sugebėjimus. Šie tyrimai įrodo „taikomų“ rekomendacijų bevaikystę tam tikrais metų mėnesiais beprasmiškumą. Tačiau šie darbai, be abejo, yra rimta priežastis tolesniam „programavimą“ lemiančių mechanizmų moksliniam tyrimui, taip pat ieškoti priemonių, kaip taisyti šiuos mechanizmus, siekiant pratęsti gyvenimą ateityje.

Vienas iš epigenetikos pradininkų Rusijoje, Maskvos valstybinio universiteto profesorius Borisas Vanyushin savo veikale „Epigenetikos materializacija arba nedideli pokyčiai su didelėmis pasekmėmis“ rašė, kad praeitas šimtmetis buvo genetikos amžius, o dabartinis - amžius. epigenetika.

Kas leidžia taip optimistiškai įvertinti epiginetikos padėtį?

Baigus Žmogaus genomo programą, mokslo bendruomenė buvo šokiruota: paaiškėjo, kad informacija apie žmogaus struktūrą ir funkcionavimą yra apytiksliai 30 tūkstančių genų (įvairiais skaičiavimais, tai yra tik apie 8–10 megabaitų) informacija). Epigenetikos srityje dirbantys ekspertai ją vadina „antrąja informacine sistema“ ir mano, kad iššifravus epigenetinius organizmo vystymosi ir gyvybinės veiklos kontrolės mechanizmus, bus sukurta biologijos ir medicinos revoliucija.

Pavyzdžiui, keli tyrimai jau nustatė tipiškus tokių modelių modelius. Remdamiesi jais, gydytojai gali diagnozuoti vėžio formavimąsi ankstyvoje stadijoje.
Bet ar toks projektas yra įmanomas?

Taip, žinoma, nors tai labai brangu ir vargu ar gali būti įgyvendinta krizės metu. Bet ilgainiui - gana.

Dar 1970 m. Vanyushin grupė žurnale "Gamta" paskelbė duomenis apie tai, kas reguliuoja ląstelių diferenciaciją, dėl ko skiriasi genų ekspresija. Ir tu apie tai kalbėjai. Bet jei kiekvienos ląstelės organizme yra tas pats genomas, tada kiekvieno tipo ląstelių epigenomas turi atitinkamai savo, o DNR metilinama skirtingai. Atsižvelgiant į tai, kad žmogaus organizme yra apie du šimtus penkiasdešimt ląstelių tipų, informacijos kiekis gali būti milžiniškas.

Štai kodėl projektą „Žmogaus epigenomas“ įgyvendinti yra labai sunku (nors ir ne beviltiška).

Jis mano, kad patys nereikšmingiausi reiškiniai gali turėti didžiulės įtakos žmogaus gyvenimui: „Jei aplinka vaidina tokį vaidmenį keičiant mūsų genomą, turime sukurti tiltą tarp biologinių ir socialinių procesų. Tai visiškai pakeis mūsų požiūrį į dalykus “.

Ar tai taip rimta?

Žinoma. Dabar, kalbant apie naujausius atradimus epigenetikos srityje, daugelis mokslininkų kalba apie būtinybę kritiškai permąstyti daugelį pozicijų, kurios atrodė nepajudinamos arba amžinai atmestos, ir net apie būtinybę pakeisti pagrindines biologijos paradigmas. Tokia mąstymo revoliucija, žinoma, gali reikšmingiausiai paveikti visus žmogaus gyvenimo aspektus, pradedant pasaulėžiūra ir gyvenimo būdu, baigiant biologijos ir medicinos atradimų sprogimu.

Informacija apie fenotipą yra ne tik genome, bet ir epigenome, kuris yra plastiškas ir gali kisti, veikiamas tam tikrų aplinkos dirgiklių, paveikti genų ekspresiją. KOKIOS INFORMACIJOS SRAUTAS TIK iš DNR, o ne iš KITOS.
Ankstyvoje ontogenezėje sukeltus epigenetinius pokyčius galima nustatyti įspaudimo mechanizmu ir pakeisti visą tolesnį žmogaus likimą (įskaitant psichotipą, medžiagų apykaitą, polinkį į ligas ir kt.) - ZODIACAL ASTROLOGY.
Evoliucijos priežastis, be atsitiktinių pokyčių (mutacijų), atrinktų pagal natūralią atranką, yra nukreipti, prisitaikantys pokyčiai (epimutacijos) - prancūzų filosofo (Nobelio literatūros premijos laureatas, 1927 m.) Henri BERGSON KŪRYBINĖS Evoliucijos samprata.
Epimutacijos gali būti perduotos iš protėvių palikuonims - ĮGYTŲ CHARAKTERIŲ PAVELDIMAS, LAMARKIZMAS.

Į kokius aktualius klausimus reikia atsakyti artimiausiu metu?

Kaip vystosi daugialąstis organizmas, koks yra signalų pobūdis, kurie taip tiksliai nustato įvairių kūno organų atsiradimo laiką, struktūrą ir funkciją?

Ar įmanoma, veikiant epigenetinius procesus, pakeisti organizmus norima kryptimi?

Ar įmanoma koreguoti epigenetinius procesus, užkirsti kelią epigenetinių ligų, tokių kaip diabetas ir vėžys, vystymuisi?

Koks epigenetinių mechanizmų vaidmuo senėjimo procese, ar jie gali padėti pratęsti gyvenimą?

Ar įmanoma, kad mūsų laikais nesuprantami gyvų sistemų evoliucijos dėsniai (evoliucija „ne pagal Darviną“) paaiškinami epigenetinių procesų dalyvavimu?

Žinoma, tai tik mano asmeninis sąrašas; kitiems tyrėjams jis gali skirtis.

Bene labiausiai talpus ir tuo pačiu tiksliausias epigenetikos apibrėžimas priklauso iškiliam anglų biologui, Nobelio premijos laureatui Peteriui Medawarui: „Genetika siūlo, bet epigenetika disponuoja“.

Aleksejus Ržeshevskis Aleksandras Vaisermanas

Ar žinojote, kad mūsų ląstelės turi atmintį? Jie prisimena ne tik tai, ką paprastai valgote pusryčiams, bet ir tai, ką mama ir močiutė valgė nėštumo metu. Jūsų ląstelės gerai prisimena, ar sportuojate ir kaip dažnai geriate alkoholį. Ląstelių atmintyje saugomi jūsų susitikimai su virusais ir tai, kaip buvote mylimi vaikystėje. Ląstelinė atmintis nusprendžia, ar būsite linkę į nutukimą ir depresiją. Daugiausia dėl ląstelinės atminties nesame panašūs į šimpanzes, nors genomo sudėtis yra maždaug tokia pati. Ir ši nuostabi mūsų ląstelių savybė padėjo suprasti epigenetikos mokslą.

Epigenetika yra gana jauna šiuolaikinio mokslo kryptis, ir kol kas ji nėra taip plačiai žinoma kaip jos „sesers“ genetika. Išvertus iš graikų kalbos, prielinksnis „epi“ reiškia „aukščiau“, „aukščiau“, „aukščiau“. “Jei genetika tiria procesus, dėl kurių keičiasi mūsų genai, DNR, tai epigenetika tiria genų aktyvumo pokyčius, kuriuose DNR struktūra išlieka Galima įsivaizduoti, kad tam tikras „vadas“, reaguodamas į išorinius dirgiklius, tokius kaip mityba, emocinis stresas, fizinis aktyvumas, duoda nurodymus mūsų genams padidinti arba, priešingai, susilpninti jų veiklą.

Epigenetiniai procesai įgyvendinami keliais lygiais. Metilinimas veikia atskirų nukleotidų lygiu. Kitas lygis yra histonų, baltymų, susijusių su DNR grandinių pakavimu, modifikavimas. DNR transkripcijos ir replikacijos procesai taip pat priklauso nuo šios pakuotės. Atskira mokslo šaka - RNR epigenetika - tiria su RNR susijusius epigenetinius procesus, įskaitant pasiuntinio RNR metilinimą.

Mutacijų valdymas

Epigenetika, kaip atskira molekulinės biologijos šaka, buvo sukurta 1940 m. Tada anglų genetikas Konradas Waddingtonas suformulavo „epigenetinio kraštovaizdžio“ sąvoką, paaiškindamas organizmo susidarymo procesą. Ilgą laiką buvo manoma, kad epigenetinės transformacijos būdingos tik pradiniam organizmo vystymosi etapui ir nėra pastebimos suaugus. Tačiau pastaraisiais metais buvo gauta visa eilė eksperimentinių įrodymų, kurie sukėlė biologijos ir genetikos sprogimo efektą.

Praėjusio šimtmečio pabaigoje įvyko genetinės pasaulėžiūros revoliucija. Vienu metu keliose laboratorijose buvo gauta nemažai eksperimentinių duomenų, o tai privertė genetikus susimąstyti. Taigi 1998 metais Šveicarijos mokslininkai, vadovaujami Renato Paro iš Bazelio universiteto, atliko eksperimentus su vaisinėmis muselėmis, kurios dėl mutacijų buvo geltona akis. Nustatyta, kad padidėjus temperatūrai mutantinėse vaisinėse musėse palikuonys gimė ne geltonomis, o raudonomis (kaip įprasta) akimis. Jie suaktyvino vieną chromosomų elementą, kuris pakeitė akių spalvą.

Mokslininkų nuostabai, šių musių palikuonys raudonas akis išsaugojo dar keturias kartas, nors jos nebebuvo veikiamos karščio. Tai yra, įgytos savybės buvo paveldimos. Mokslininkai buvo priversti padaryti sensacingą išvadą: streso sukelti epigenetiniai pokyčiai, kurie neturėjo įtakos pačiam genomui, gali būti ištaisyti ir perduoti kitoms kartoms.

Bet gal tai atsitinka tik vaisinėms musėms? Ne tik. Vėliau paaiškėjo, kad žmonėms epigenetinių mechanizmų įtaka taip pat vaidina labai svarbų vaidmenį. Pavyzdžiui, buvo nustatytas modelis, kad suaugusiųjų polinkis sirgti 2 tipo cukriniu diabetu gali labai priklausyti nuo jų gimimo mėnesio. Ir tai nepaisant to, kad tarp tam tikrų su sezonu susijusių veiksnių įtakos ir pačios ligos pradžios praeina 50–60 metų. Tai geras vadinamojo epigenetinio programavimo pavyzdys.

Kas gali susieti polinkį su diabetu ir gimimo data? Naujosios Zelandijos mokslininkai Peteris Gluckmanas ir Markas Hansonas sugebėjo suformuluoti logišką šio paradokso paaiškinimą. Jie pasiūlė „neatitikimo hipotezę“, pagal kurią besivystantis organizmas gali „prognostiškai“ prisitaikyti prie aplinkos, kurios tikimasi po gimimo. Jei prognozė pasitvirtina, tai padidina organizmo galimybes išgyventi pasaulyje, kuriame jis gyvens. Jei ne, prisitaikymas tampa netinkamu prisitaikymu, tai yra liga.

Pavyzdžiui, jei intrauterininio vystymosi metu vaisius gauna nepakankamai maisto, jame atsiranda medžiagų apykaitos pokyčių, kuriais siekiama kaupti maisto išteklius būsimam naudojimui „lietingą dieną“. Jei po gimimo yra tikrai mažai maisto, tai padeda organizmui išgyventi. Jei pasaulis, į kurį žmogus patenka po gimimo, pasirodys klestingesnis, nei buvo prognozuota, toks „taupus“ medžiagų apykaitos pobūdis vėlesniais gyvenimo etapais gali sukelti nutukimą ir 2 tipo diabetą.

2003 metais Duke universiteto amerikiečių mokslininkų Randy Girtlio ir Roberto Waterlando atlikti eksperimentai jau tapo vadovėliais. Prieš keletą metų J. Sukūrę tokias peles, Girtlas ir jo kolegos nusprendė išbandyti: ar įmanoma, nepašalinus sugedusio geno, paversti jas normaliomis? Paaiškėjo, kad tai įmanoma: į nėščių agouti pelių (kaip jos pradėjo vadinti geltonąją pelę „pabaisomis“) maistą jie pridėjo folio rūgšties, vitamino B12, cholino ir metionino, ir dėl to atsirado normalūs palikuonys. Įrodyta, kad mitybos veiksniai gali neutralizuoti genų mutacijas. Be to, dietos poveikis išliko kelioms vėlesnėms kartoms: agouti pelės, gimusios normaliai dėl maisto papildų, pačios pagimdė normalias peles, nors jų mityba jau buvo normali.

Metilo grupės prisijungia prie citozino bazių, nesunaikindamos ar nekeisdamos DNR, bet paveikdamos atitinkamų genų aktyvumą. Taip pat yra atvirkštinis procesas - demetilinimas, kurio metu pašalinamos metilo grupės ir atkuriamas pradinis genų aktyvumas.

Galime užtikrintai teigti, kad nėštumo laikotarpis ir pirmieji gyvenimo mėnesiai yra svarbiausi visų žinduolių, įskaitant žmones, gyvenime. Kaip taikliai pasakė vokiečių neurologas Peteris Sporkas, „senatvėje mūsų sveikatai kartais daug didesnę įtaką daro mamos mityba nėštumo metu nei maistas dabartiniu gyvenimo momentu“.

Likimas paveldint

Labiausiai ištirtas genų aktyvumo epigenetinio reguliavimo mechanizmas yra metilinimo procesas, kurį sudaro metilo grupės (vienas anglies atomas ir trys vandenilio atomai) pridėjimas prie DNR citozino bazių. Metilinimas gali paveikti genų aktyvumą keliais būdais. Visų pirma, metilo grupės gali fiziškai trukdyti transkripcijos faktoriaus (baltymo, kuris kontroliuoja pasiuntinio RNR sintezę ant DNR šablono) kontaktui su specifiniais DNR regionais. Kita vertus, jie veikia kartu su metilcitoziną surišančiais baltymais, dalyvauja chromatino pertvarkymo procese-medžiaga, sudaranti chromosomas, paveldimos informacijos saugykla.

Atsakingas už atsitiktinumą

Beveik visos moterys žino, kad nėštumo metu labai svarbu vartoti folio rūgšties. Folio rūgštis kartu su vitaminu B12 ir aminorūgštimi metioninu yra donoras, tiekiantis metilo grupes, būtinas normaliai metilinimo proceso eigai. Vitamino B12 ir metionino beveik neįmanoma gauti iš vegetariškos dietos, nes jų daugiausia yra gyvūninės kilmės produktuose, todėl būsimos motinos iškrovimo dieta vaikui gali turėti nemaloniausių pasekmių. Ne taip seniai buvo nustatyta, kad šių dviejų medžiagų, taip pat folio rūgšties, trūkumas maiste gali sukelti vaisiaus chromosomų atskyrimo pažeidimą. Tai labai padidina riziką susilaukti kūdikio su Dauno sindromu, kuris paprastai laikomas tik tragiška avarija.
Taip pat žinoma, kad netinkama mityba ir stresas nėštumo metu keičia blogiau daugelio hormonų koncentraciją motinos ir vaisiaus organizme - gliukokortikoidus, katecholaminus, insuliną, augimo centrą ir kt. Dėl šios priežasties embrionas pradeda patirti neigiami epigenetiniai pokyčiai pagumburio ir hipofizės ląstelėse. Tai kupina fakto, kad kūdikis gims su iškreipta pagumburio-hipofizės reguliavimo sistemos funkcija. Dėl šios priežasties jis mažiau sugebės susidoroti su įvairaus pobūdžio stresu: esant infekcijoms, fiziniam ir psichiniam stresui ir pan. Visiškai akivaizdu, kad, blogai maitindamasi ir nerimaudama nėštumo metu, motina paverčia savo būsimą vaiką pažeidžiamas nevykėlis iš visų pusių ...

Metilinimas dalyvauja daugelyje procesų, susijusių su visų žmogaus organų ir sistemų vystymusi ir formavimu. Vienas iš jų yra X chromosomų inaktyvavimas embrione. Kaip žinote, žinduolės patelės turi dvi lytinių chromosomų kopijas, žymimas X chromosoma, o patinai turi vieną X ir vieną Y chromosomą, kurios dydis ir genetinės informacijos kiekis yra daug mažesni. Siekiant sulyginti vyrų ir moterų genų produktų (RNR ir baltymų) kiekį, dauguma moterų, esančių vienoje iš X chromosomų, yra išjungtos.

Šio proceso kulminacija įvyksta blastocistos stadijoje, kai embrioną sudaro 50–100 ląstelių. Kiekvienoje ląstelėje chromosoma inaktyvavimui (tėvo ar motinos) yra atsitiktinai parenkama ir lieka neaktyvi visose vėlesnėse šios ląstelės kartose. Su šiuo tėvo ir motinos chromosomų „maišymo“ procesu siejamas faktas, kad moterys daug rečiau kenčia nuo ligų, susijusių su X chromosoma.

Metilinimas vaidina svarbų vaidmenį ląstelių diferenciacijoje - procese, kurio metu „universalios“ embrioninės ląstelės virsta specializuotomis audinių ir organų ląstelėmis. Raumenų skaidulos, kaulinis audinys, nervinės ląstelės - visos jos atsiranda dėl griežtai apibrėžtos genomo dalies veiklos. Taip pat žinoma, kad metilinimas atlieka pagrindinį vaidmenį slopinant daugelio rūšių onkogenus, taip pat kai kuriuos virusus.

DNR metilinimas turi didžiausią taikomąją vertę iš visų epigenetinių mechanizmų, nes jis yra tiesiogiai susijęs su mityba, emocine būkle, smegenų veikla ir kitais išoriniais veiksniais.

Duomenis, patvirtinančius šią išvadą, šio amžiaus pradžioje gavo Amerikos ir Europos tyrinėtojai. Mokslininkai ištyrė pagyvenusius olandus, gimusius iškart po karo. Jų motinų nėštumo laikotarpis sutapo su labai sunkiu laikotarpiu, kai 1944–1945 metų žiemą Olandijoje kilo tikras badas. Mokslininkams pavyko nustatyti: stiprus emocinis stresas ir pusiau badanti motinų mityba turėjo didžiausią neigiamą poveikį būsimų vaikų sveikatai. Mažas gimimo svoris, jie kelis kartus dažniau sirgo širdies ligomis, nutukimu ir diabetu suaugus, nei jų tautiečiai, gimę po metų ar dvejų (ar anksčiau).

Jų genomo analizė parodė, kad tose srityse, kuriose tai užtikrina geros sveikatos išsaugojimą, nėra DNR metilinimo. Pavyzdžiui, vyresnio amžiaus olandams, kurių motinos išgyveno alkį, į insuliną panašaus augimo faktoriaus (IGF) geno metilinimas buvo žymiai sumažėjęs, dėl to padidėjo IGF kiekis kraujyje. Ir šis veiksnys, kaip gerai žino mokslininkai, turi atvirkštinį ryšį su gyvenimo trukme: kuo aukštesnis IGF lygis organizme, tuo trumpesnis gyvenimas.

Vėliau amerikiečių mokslininkas Lambertas Lume'as atrado, kad kitos kartos vaikai, gimę šių olandų šeimose, taip pat gimė neįprastai mažo svorio ir dažniau nei kiti sirgo visomis su amžiumi susijusiomis ligomis, nors jų tėvai gyveno gana gerai ir gerai valgė. Genai prisiminė informaciją apie alkaną močiučių nėštumo laikotarpį ir perduodavo ją net per kartą, anūkams.

Genai nėra sakinys

Be streso ir netinkamos mitybos, vaisiaus sveikatai gali turėti įtakos daugybė medžiagų, kurios iškreipia įprastus hormoninio reguliavimo procesus. Jie vadinami „endokrininę sistemą ardančiomis“ medžiagomis. Šios medžiagos, kaip taisyklė, yra dirbtinio pobūdžio: žmonija jas gauna pramoniniu būdu savo reikmėms.

Ryškiausias ir neigiamas pavyzdys yra galbūt bisfenolis-A, kuris daugelį metų buvo naudojamas kaip kietiklis gaminant plastikinius gaminius. Jis randamas kai kurių tipų plastikiniuose induose - vandens ir gėrimų buteliuose, maisto induose.

Neigiamas bisfenolio-A poveikis organizmui yra gebėjimas „sunaikinti“ laisvas metilo grupes, reikalingas metilinti, ir slopinti fermentus, kurie šias grupes prijungia prie DNR. Harvardo medicinos mokyklos biologai atrado bisfenolio-A gebėjimą slopinti kiaušinių brendimą ir taip sukelti nevaisingumą. Jų kolegos iš Kolumbijos universiteto atrado bisfenolio-A gebėjimą neryškinti lyčių skirtumus ir skatinti homoseksualių polinkių palikuonių gimimą. Veikiant bisfenoliui, sutriko normalus genų, koduojančių estrogenų ir moteriškų lytinių hormonų receptorius, metilinimas. Dėl šios priežasties pelių patinai gimė su „moterišku“ charakteriu, buvo paklusnūs ir ramūs.

Laimei, yra maisto produktų, kurie teigiamai veikia epigenomą. Pavyzdžiui, reguliarus žaliosios arbatos vartojimas gali sumažinti vėžio riziką, nes joje yra tam tikros medžiagos (epigallokatechino-3-galatas), kuri demetilindama jų DNR gali suaktyvinti naviko slopinimo genus (slopintuvus). Pastaraisiais metais buvo populiarus genisteinas, epigenetinių procesų moduliatorius, esantis sojos produktuose. Daugelis tyrėjų sojos turinį Azijos šalių gyventojų mityboje sieja su mažesniu jautrumu tam tikroms su amžiumi susijusioms ligoms.

Epigenetinių mechanizmų tyrimas padėjo suprasti svarbią tiesą: daug kas gyvenime priklauso nuo mūsų pačių. Priešingai nei gana stabili genetinė informacija, epigenetinės „žymės“ tam tikromis sąlygomis gali būti grįžtamos. Šis faktas leidžia tikėtis iš esmės naujų kovos su įprastomis ligomis metodų, pagrįstų tų epigenetinių modifikacijų, kurios atsirado žmonėms veikiant nepalankiems veiksniams, pašalinimu. Naudojant metodus, skirtus ištaisyti epigenomą, mums atsiveria puikios perspektyvos.

Epigenetika yra gana jauna šiuolaikinio mokslo kryptis, ir kol kas ji nėra taip plačiai žinoma kaip jos „sesers“ genetika. Išvertus iš graikų kalbos, prielinksnis „epi“ reiškia „aukščiau“, „aukščiau“, „aukščiau“. Jei genetika tiria procesus, dėl kurių keičiasi mūsų genai, DNR, tai epigenetika tiria genų aktyvumo pokyčius, kuriuose DNR struktūra išlieka ta pati. Galima įsivaizduoti, kad tam tikras „vadas“, reaguodamas į išorinius dirgiklius, tokius kaip mityba, emocinis stresas, fizinis aktyvumas, duoda nurodymus mūsų genams padidinti arba, priešingai, susilpninti jų veiklą.

Mutacijų valdymas

Praėjusio amžiaus pabaigoje įvyko genetinės pasaulėžiūros revoliucija. Vienu metu keliose laboratorijose buvo gauta nemažai eksperimentinių duomenų, o tai privertė genetikus susimąstyti. Pavyzdžiui, 1998 metais Šveicarijos mokslininkai, vadovaujami Renato Paro iš Bazelio universiteto, atliko eksperimentus su Drosophila musėmis, kurios dėl mutacijų turėjo geltonas akis. Nustatyta, kad padidėjus temperatūrai mutantinėse vaisinėse musėse palikuonys gimė ne geltonomis, o raudonomis (kaip įprasta) akimis. Jie suaktyvino vieną chromosomų elementą, kuris pakeitė akių spalvą.

Kas gali susieti polinkį su diabetu ir gimimo data? Naujosios Zelandijos mokslininkams Peteriui Gluckmanui ir Markui Hansonui pavyko suformuluoti logišką šio paradokso paaiškinimą. Jie pasiūlė „neatitikimo hipotezę“, pagal kurią besivystantis organizmas gali „prognostiškai“ prisitaikyti prie aplinkos, kurios tikimasi po gimimo. Jei prognozė pasitvirtina, tai padidina organizmo galimybes išgyventi pasaulyje, kuriame jis gyvens. Jei ne, prisitaikymas tampa netinkamu prisitaikymu, tai yra liga.

2003 metais Duke universiteto amerikiečių mokslininkų Randy Girtlio ir Roberto Waterlando atlikti eksperimentai jau tapo vadovėliais. Prieš kelerius metus Jirtlas sugebėjo į įprastas peles įterpti dirbtinį geną, dėl kurio jos gimė geltonos, riebios ir ligotos. Sukūrę tokias peles, Girtlas ir jo kolegos nusprendė išbandyti: ar įmanoma, nepašalinus sugedusio geno, paversti jas normaliomis? Paaiškėjo, kad tai įmanoma: jie pridėjo folio rūgšties, vitamino B 12, cholino ir metionino į nėščių agouti pelių (kaip jie pradėjo geltonąją pelę vadinti „pabaisomis“) maistą, ir dėl to normalūs palikuonys pasirodė. Įrodyta, kad mitybos veiksniai gali neutralizuoti genų mutacijas. Be to, dietos poveikis išliko kelioms vėlesnėms kartoms: agouti pelės, gimusios normaliai dėl maisto papildų, pačios pagimdė normalias peles, nors jų mityba jau buvo normali.

Likimas paveldint

DNR metilinimas
Metilo grupės prisijungia prie citozino bazių, nesunaikindamos ar nekeisdamos DNR, bet paveikdamos atitinkamų genų veiklą. Taip pat yra atvirkštinis procesas - demetilinimas, kurio metu pašalinamos metilo grupės ir atkuriamas pradinis genų aktyvumas "border =" 0 ">

Metilinimas dalyvauja daugelyje procesų, susijusių su visų žmogaus organų ir sistemų vystymusi ir formavimu. Vienas iš jų yra X chromosomų inaktyvavimas embrione. Kaip žinote, žinduolės patelės turi dvi lytinių chromosomų kopijas, kurios vadinamos X chromosoma, o patinai turi vieną X ir vieną Y chromosomą, kurios dydis ir genetinės informacijos kiekis yra daug mažesni. Siekiant sulyginti vyrų ir moterų genų produktų (RNR ir baltymų) kiekį, dauguma moterų, esančių vienoje iš X chromosomų, yra išjungtos.

DNR metilinimas turi didžiausią taikomąją vertę iš visų epigenetinių mechanizmų, nes jis yra tiesiogiai susijęs su mityba, emocine būkle, smegenų veikla ir kitais išoriniais veiksniais.

Daugybė epigenetikos veidų

Epigenetiniai procesai įgyvendinami keliais lygiais. Metilinimas veikia atskirų nukleotidų lygiu. Kitas lygis yra histonų, baltymų, susijusių su DNR grandinių pakavimu, modifikavimas. DNR transkripcijos ir replikacijos procesai taip pat priklauso nuo šios pakuotės. Atskira mokslo šaka - RNR epigenetika - tiria su RNR susijusius epigenetinius procesus, įskaitant pasiuntinio RNR metilinimą.

Genai nėra sakinys

Ryškiausias ir neigiamas pavyzdys yra galbūt bisfenolis-A, kuris daugelį metų buvo naudojamas kaip kietiklis plastikinių gaminių gamyboje. Jis randamas kai kurių tipų plastikiniuose induose - vandens ir gėrimų buteliuose, maisto induose.

4910 0

Pastaraisiais metais medicinos mokslas vis dažniau perkelia savo dėmesį nuo genetinio kodo tyrimo prie paslaptingų mechanizmų, kuriais DNR realizuoja savo potencialą: ji supakuoja ir sąveikauja su mūsų ląstelių baltymais.

Vadinamieji epigenetiniai veiksniai yra paveldimi, grįžtami ir atlieka didžiulį vaidmenį išlaikant ištisų kartų sveikatą.

Epigenetiniai ląstelės pokyčiai gali sukelti vėžį, neurologines ir psichines ligas bei autoimuninius sutrikimus - nenuostabu, kad epigenetika patraukė įvairių sričių gydytojų ir tyrėjų dėmesį.

Nepakanka, kad jūsų genuose būtų užkoduota teisinga nukleotidų seka. Kiekvieno geno ekspresija yra neįtikėtinai sudėtingas procesas, reikalaujantis tobulai koordinuoti kelių dalyvaujančių molekulių veiksmus vienu metu.

Epigenetika medicinai ir mokslui sukuria papildomų problemų, kurias mes tik pradedame suprasti.

Kiekvienoje mūsų kūno ląstelėje (su keliomis išimtimis) yra ta pati mūsų tėvų paaukota DNR. Tačiau ne visos DNR dalys gali būti aktyvios vienu metu. Kai kurie genai veikia kepenų ląstelėse, kiti - odos ląstelėse, o kiti - nervų ląstelėse - todėl mūsų ląstelės labai skiriasi viena nuo kitos ir turi savo specializaciją.

Epigenetiniai mechanizmai užtikrina, kad tik šiam tipui būdingas kodas veiks tam tikro tipo ląstelėje.

Per visą žmogaus gyvenimą tam tikri genai gali „užmigti“ arba staiga suaktyvėti. Šiems neaiškiems pokyčiams įtakos turi milijardai gyvenimo įvykių - persikėlimas į naują sritį, išsiskyrimas su žmona, apsilankymas sporto salėje, pagirios ar sugadintas sumuštinis. Beveik visi gyvenimo įvykiai, dideli ir maži, gali paveikti tam tikrų mūsų viduje esančių genų veiklą.

Epigenetikos apibrėžimas

Bėgant metams žodžiai „epigenezė“ ir „epigenetika“ buvo vartojami įvairiose biologijos srityse, ir tik palyginti neseniai mokslininkai pasiekė sutarimą dėl jų galutinės reikšmės. Tik 2008 m., Susitikime Cold Spring Harbor mieste, sąmyšis buvo baigtas kartą ir visiems laikams - buvo pasiūlytas oficialus epigenetikos ir epigenetinių pokyčių apibrėžimas.

Epigenetiniai pokyčiai yra paveldimi genų ekspresijos ir ląstelių fenotipo pokyčiai, kurie neturi įtakos pačios DNR sekai. Fenotipas suprantamas kaip visas ląstelės (organizmo) savybių rinkinys - mūsų atveju tai yra kaulinio audinio struktūra, biocheminiai procesai, intelektas ir elgesys, odos tonas ir akių spalva ir kt.

Žinoma, organizmo fenotipas priklauso nuo jo genetinio kodo. Tačiau kuo toliau mokslininkai gilinosi į epigenetikos klausimus, tuo akivaizdžiau paaiškėjo, kad kai kurios organizmo savybės yra paveldimos per kartas, nekeičiant genetinio kodo (mutacijų).

Daugeliui tai buvo apreiškimas: organizmas gali pasikeisti nekeisdamas genų ir perduoti šiuos naujus bruožus palikuonims.

Pastaraisiais metais atlikti epigenetiniai tyrimai parodė, kad aplinkos veiksniai - gyvenimas tarp rūkalių, nuolatinis stresas, nesveika mityba - gali sukelti rimtų genų (bet ne jų struktūros) veikimo sutrikimų ir kad šie sutrikimai lengvai perduodami ateities kartoms. Geros naujienos yra tai, kad jie yra grįžtami, o kai kurios N -osios kartos metu jie gali ištirpti be pėdsakų.

Norėdami geriau suprasti epigenetikos galią, įsivaizduokite mūsų gyvenimą kaip ilgą filmą.

Mūsų ląstelės yra aktoriai ir aktorės, o mūsų DNR yra iš anksto sukurtas scenarijus, kuriame kiekvienas žodis (genas) suteikia aktoriui teisingas komandas. Šioje nuotraukoje režisierius yra epigenetika. Scenarijus gali būti tas pats, tačiau režisierius turi teisę ištrinti tam tikras dialogo scenas ir dalis. Taigi gyvenime epigenetika nusprendžia, ką ir kaip pasakys kiekviena mūsų didžiulio kūno ląstelė.

Epigenetika ir sveikata

Metilinimas, histono baltymų ar nukleozomų pokyčiai („DNR pakuotojai“) gali būti paveldimi ir sukelti ligą.

Labiausiai ištirtas epigenetikos aspektas yra metilinimas. Tai yra metilo (CH3-) grupių prijungimo prie DNR procesas.

Metilinimas paprastai veikia genų transkripciją - DNR kopijavimą į RNR arba pirmąjį DNR replikacijos žingsnį.

1969 m. Atliktas tyrimas pirmą kartą parodė, kad DNR metilinimas gali pakeisti žmogaus ilgalaikę atmintį. Nuo to laiko tapo labiau suprantamas metilinimo vaidmuo vystant daugelį ligų.

Imuninės sistemos ligos

Pastaraisiais metais surinkti įrodymai rodo, kad sudėtingų imuninių procesų epigenetinės kontrolės praradimas gali sukelti autoimunines ligas. Taigi nenormalus metilinimas T-limfocituose pastebimas žmonėms, sergantiems vilkligėmis-uždegimine liga, kai imuninė sistema puola šeimininko organus ir audinius.

Kiti mokslininkai mano, kad DNR metilinimas yra tikroji reumatoidinio artrito priežastis.

Neuropsichiatrinės ligos

Kai kurie psichinė liga, autizmo spektro sutrikimai ir neurodegeneracinės ligos yra susijusios su epigenetiniu komponentu. Visų pirma, naudojant DNR metiltransferazes (DNMT) - fermentų grupę, kuri perkelia metilo grupę į DNR nukleotidų liekanas.

DNR metilinimo vaidmuo vystantis Alzheimerio ligai jau praktiškai įrodytas. Didelis tyrimas parodė, kad net nesant klinikinių simptomų, nervų ląstelių genai pacientams, linkusiems į Alzheimerio ligą, yra metilinami kitaip nei įprastose smegenyse.

Metilinimo vaidmens vystant autizmą teorija buvo pasiūlyta jau seniai. Daugybė autopsijų, tiriančių sergančių žmonių smegenis, patvirtina, kad jų ląstelėse nėra pakankamai MECP2 (metil-CpG surišančio baltymo 2) baltymų. Tai nepaprastai svarbi medžiaga, jungianti ir aktyvuojanti metilintus genus. Nesant MECP2, sutrinka smegenų funkcija.

Onkologinės ligos

Gerai žinoma, kad vėžys priklauso nuo genų. Jei iki devintojo dešimtmečio buvo manoma, kad tai tik genetinių mutacijų klausimas, dabar mokslininkai žino apie epigenetinių veiksnių vaidmenį vėžio atsiradimo, progresavimo ir net jo atsparumo gydymui srityse.

1983 metais vėžys tapo pirmąja žmonių liga, siejama su epigenetika. Tada mokslininkai atrado, kad storosios žarnos vėžio ląstelės yra daug mažiau metilintos nei įprastos žarnyno ląstelės. Dėl metilo grupių trūkumo atsiranda chromosomų nestabilumas, atsiranda onkogenezė. Kita vertus, metilo grupių perteklius DNR „užgesina“ kai kuriuos genus, atsakingus už vėžio slopinimą.

Kadangi epigenetiniai pokyčiai yra grįžtami, tolesni tyrimai atvėrė kelią naujoviškam vėžio gydymui.

2009 m. Oksfordo žurnale „Carcinogenesis“ mokslininkai rašė: „Tai, kad epigenetiniai pokyčiai, priešingai nei genetinės mutacijos, yra potencialiai grįžtami ir gali būti atkurti į normalią, daro epigenetinę terapiją perspektyvia galimybe“.

Epigenetika yra dar jaunas mokslas, tačiau dėl daugialypės epigenetinių pokyčių įtakos ląstelėms jos sėkmė jau šiandien yra nuostabi. Gaila, kad ne anksčiau kaip po 30–40 metų mūsų palikuonys galės visiškai suvokti, kiek tai reiškia žmonijos sveikatai.

: Farmacijos magistras ir profesionalus medicinos vertėjas