生物の遺伝情報は、生物の染色体のDNAにコード化されていますが、他にも影響があります。 ザ・ DNA配列 遺伝子を構成することがアクティブでないか、ブロックされている可能性があります。 生物の特性はその遺伝子によって決定されますが、遺伝子が実際にコード化された特性を作成しているかどうかは、 遺伝子発現.
多くの要因が遺伝子発現に影響を及ぼし、遺伝子がその特性をまったく生成しないのか、時には弱くしか生成しないのかを決定します。 遺伝子発現がホルモンや酵素の影響を受ける場合、そのプロセスは遺伝子調節と呼ばれます。
エピジェネティクス 遺伝子調節などの分子生物学を研究する エピジェネティックな影響 遺伝子発現について。 基本的に、DNAコードを変更せずにDNA配列の効果を変更する影響は、エピジェネティクスの対象です。
エピジェネティクス：定義と概要
エピジェネティクス に含まれる遺伝的指示が含まれるプロセスです DNA 生物の影響を受ける 非遺伝的要因. エピジェネティックなプロセスの主な方法は、遺伝子発現の制御です。 一部の制御メカニズムは一時的なものですが、他のメカニズムはより永続的であり、 エピジェネティックな継承.
遺伝子は、それ自体のコピーを作成し、そのコピーを細胞に送り出して、そのDNA配列にコードされたタンパク質を生成することによってそれ自体を発現します。 タンパク質は、単独で、または他のタンパク質と組み合わせて、特定の生物の特徴を生み出します。 遺伝子がタンパク質の生産をブロックされている場合、生物の特徴は現れません。
エピジェネティクスは、遺伝子がそのタンパク質を生成するのをどのようにブロックできるか、そしてブロックされた場合にどのようにスイッチをオンに戻すことができるかを調べます。 多くの中で エピジェネティックなメカニズム 遺伝子発現に影響を与える可能性のあるものは次のとおりです。
- 非アクティブ化 遺伝子。
- からの遺伝子の停止 コピーを作成する.
- からコピーされた遺伝子を停止する タンパク質の生産.
- ブロックする プロテインの機能.
- 解散 それが機能する前にタンパク質。
エピジェネティクスは、遺伝子がどのように発現されるか、それらの発現に影響を与えるもの、および遺伝子を制御するメカニズムを研究します。 それは、遺伝的層の上の影響の層と、この層がどのように決定するかを調べます エピジェネティックな変化 生物がどのように見えるか、そしてそれがどのように振る舞うか。
エピジェネティック修飾のしくみ
生物のすべての細胞は同じゲノムを持っていますが、細胞は遺伝子をどのように調節するかに基づいて異なる機能を果たします。 生物レベルでは、生物は同じ遺伝暗号を持っているかもしれませんが、見た目も振る舞いも異なります。 たとえば、人間の場合、一卵性双生児は同じヒトゲノムを持っていますが、外観と動作が少し異なります。 エピジェネティックな変化。
このようなエピジェネティックな影響は、次のような多くの内的および外的要因によって異なります。
- ホルモン
- 成長因子
- 神経伝達物質
- 転写因子
- 化学的刺激
- 環境刺激
これらのそれぞれは、細胞内の遺伝子発現を促進または破壊するエピジェネティックな要因である可能性があります。 そのような エピジェネティック制御 基礎となる遺伝暗号を変更せずに遺伝子発現を調節する別の方法です。
いずれの場合も、全体的な遺伝子発現が変化します。 内的および外的要因は、遺伝子発現に必要であるか、またはそれらが段階の1つをブロックする可能性があります。 たんぱく質の生産に必要な酵素など必要な要素がないと、たんぱく質を生産することができません。
ブロッキング因子が存在する場合、対応する遺伝子発現段階は機能できず、関連する遺伝子の発現がブロックされます。 エピジェネティクスとは、遺伝子のDNA配列にコードされている形質が生物に現れない可能性があることを意味します。
DNAアクセスに対するエピジェネティックな制限
ゲノムは、DNA配列の薄くて長い分子にコード化されており、小さな細胞核に収まるように複雑なクロマチン構造にしっかりと巻かれている必要があります。
遺伝子を発現させるために、DNAは 転写メカニズム. の一部 DNA二重らせん 発現する遺伝子を含むものはわずかに巻き戻され、RNA分子が遺伝子を構成するDNA配列のコピーを作成します。
DNA分子はヒストンと呼ばれる特別なタンパク質の周りに巻かれています。 DNAが多かれ少なかれきつく巻かれるようにヒストンを変えることができます。
そのような ヒストン修飾 DNA分子が非常にきつく巻かれているため、特殊な酵素とアミノ酸で構成される転写メカニズムが、コピーされる遺伝子に到達できない可能性があります。 ヒストン修飾によって遺伝子へのアクセスを制限すると、遺伝子の後成的制御が起こります。
追加のエピジェネティックなヒストン修飾
遺伝子へのアクセスを制限することに加えて、ヒストンタンパク質は、それらの周りに巻かれたDNA分子に多かれ少なかれしっかりと結合するように変更することができます。 クロマチン 構造。 このようなヒストン修飾は、発現される遺伝子のRNAコピーを作成する機能を持つ転写メカニズムに影響を与えます。
このように遺伝子発現に影響を与えるヒストン修飾には、以下が含まれます。
- メチル化 -ヒストンにメチル基を追加し、DNAへの結合を増やし、遺伝子発現を減らします。
- リン酸化 -ヒストンにリン酸基を追加します。 遺伝子発現への影響は、メチル化およびアセチル化との相互作用に依存します。
- アセチル化 -ヒストンのアセチル化は結合を減らし、遺伝子発現をアップレギュレートします。 アセチル基は、ヒストンアセチルトランスフェラーゼ（HAT）で追加されます。
- 脱アセチル化 -アセチル基を除去し、結合を増加させ、ヒストンデアセチラーゼによる遺伝子発現を減少させます。
結合を増やすためにヒストンを変更すると、特定の遺伝子の遺伝暗号が転写できなくなり、遺伝子が発現しなくなります。 結合が減少すると、より多くの遺伝子コピーを作成できるか、より簡単に作成できます。 次に、特定の遺伝子が発現され、そのコードされたタンパク質がますます生成されます。
RNAは遺伝子発現を妨げる可能性があります
遺伝子のDNA配列がにコピーされた後 RNA配列、 RNA分子 核を離れます。 遺伝子配列にコードされているタンパク質は、リボソームと呼ばれる小さな細胞工場で生産することができます。
一連の操作は次のとおりです。
- RNAへのDNA転写
- RNA分子は核を離れる
- RNAは細胞内でリボソームを見つける
- タンパク質鎖へのRNA配列翻訳
- タンパク質生産
RNA分子の2つの重要な機能は、転写と翻訳です。 DNA配列をコピーして転送するために使用されるRNAに加えて、細胞は生成することができます 干渉RNA または iRNA. これらはと呼ばれるRNA配列の短い鎖です ノンコーディングRNA 遺伝子をコードする配列がないからです。
それらの機能は、転写と翻訳を妨害し、遺伝子発現を低下させることです。 このように、iRNAにはエピジェネティックな効果があります。
DNAメチル化は遺伝子発現の主要な要因です
DNAメチル化の間に、 DNAメチルトランスフェラーゼ DNA分子にメチル基を結合します。 遺伝子を活性化して転写プロセスを開始するには、タンパク質が開始近くのDNA分子に付着している必要があります。 メチル基は、転写タンパク質が通常付着する場所に配置されるため、転写機能がブロックされます。
細胞が分裂すると、細胞のゲノムのDNA配列が次のようなプロセスでコピーされます。 DNA複製. 同じプロセスを使用して作成します 精子 高等生物の卵細胞。
DNAがコピーされると、遺伝子発現を調節する要因の多くが失われますが、コピーされたDNA分子では多くのDNAメチル化パターンが複製されます。 これは、によって引き起こされる遺伝子発現の調節を意味します DNAメチル化は継承することができます 基礎となるDNA配列は変更されていませんが。
DNAメチル化は、環境、食事、化学物質、ストレス、汚染などの後成的要因に反応するため、 ライフスタイルの選択と放射線、そのような要因への曝露によるエピジェネティックな反応は、DNAを介して継承することができます メチル化。 これは、系図の影響に加えて、個人は親の行動と彼らがさらされた環境要因によって形作られることを意味します。
エピジェネティクスの例：病気
細胞には促進する遺伝子があります 細胞分裂 また、腫瘍などの制御されていない急速な細胞増殖を抑制する遺伝子も含まれます。 腫瘍の成長を引き起こす遺伝子は呼ばれます 癌遺伝子 そして腫瘍を防ぐものは呼ばれます 腫瘍抑制遺伝子.
ヒトの癌は、腫瘍抑制遺伝子の発現の遮断と相まって、癌遺伝子の発現の増加によって引き起こされる可能性があります。 この遺伝子発現に対応するDNAメチル化パターンが遺伝する場合、子孫は癌に対する感受性が高くなる可能性があります。
の場合 結腸直腸癌、欠陥のあるDNAメチル化パターンが親から子孫に受け継がれる可能性があります。 Aによる1983年の研究と論文によると。 ファインバーグとB。 結腸直腸癌患者のDNAメチル化パターンであるフォーゲルシュタインは、癌遺伝子のメチル化の減少とともに、メチル化の増加と腫瘍抑制遺伝子の遮断を示しました。
エピジェネティクスを使用して支援することもできます 遺伝病を治療する. 脆弱X症候群では、重要な調節タンパク質を産生するX染色体遺伝子が欠落しています。 タンパク質が存在しないということは、知的発達を阻害するBRD4タンパク質が制御不能な方法で過剰に産生されることを意味します。 BRD4の発現を阻害する薬は、病気の治療に使用できます。
エピジェネティクスの例：行動
エピジェネティクスは病気に大きな影響を及ぼしますが、行動などの他の生物の特性にも影響を与える可能性があります。
マギル大学での1988年の研究で、マイケル・ミーニイは、母親が舐めたり注意を払ったりして世話をしたネズミが穏やかな成体に成長したことを観察しました。 母親が無視したネズミは不安な大人になりました。 脳組織の分析は、母親の行動が変化を引き起こしたことを示しました 脳細胞のメチル化 赤ちゃんラットで。 ラットの子孫の違いは、エピジェネティックな影響の結果でした。
他の研究では、飢饉の影響が調べられています。 1944年と1945年のオランダの場合のように、母親が妊娠中に飢饉にさらされたとき、母親は 子供は、曝露されていない母親と比較して、肥満と冠状動脈疾患の発生率が高かった 飢饉。 より高いリスクは、インスリン様成長因子を産生する遺伝子のDNAメチル化の低下に起因していました。 そのような エピジェネティック効果 数世代にわたって継承することができます。
親から子供へ、そしてそれ以降に伝わる可能性のある行動の影響には、以下が含まれます。
- 親の食事は子孫のメンタルヘルスに影響を与える可能性があります。
- 親の汚染への環境曝露は、子供の喘息に影響を与える可能性があります。
- 母体の栄養歴は、乳児の出生サイズに影響を与える可能性があります。
- 男性の親による過剰なアルコールの消費は、子孫に攻撃性を引き起こす可能性があります。
- 親がコカインにさらされると、記憶に影響を与える可能性があります。
これらの影響は、子孫に受け継がれるDNAメチル化の変化の結果ですが、これらの要因が可能であれば 親のDNAメチル化を変える、子供たちが経験する要因は彼ら自身のDNAを変えることができます メチル化。 遺伝暗号とは異なり、子供のDNAメチル化は、後の人生での行動や環境への曝露によって変化する可能性があります。
DNAメチル化が行動の影響を受けると、メチル基が結合する可能性のあるDNAのメチルマークが変化し、そのように遺伝子発現に影響を与える可能性があります。 遺伝子発現を扱った研究の多くは何年も前にさかのぼりますが、結果が エピジェネティック研究の量の増加. この研究は、エピジェネティクスの役割が、根底にある遺伝暗号と同じくらい強力な生物への影響である可能性があることを示しています。