Epigenetik: Tanımı, Nasıl Çalışır, Örnekler

Bir organizmanın genetik bilgisi, organizmanın kromozomlarının DNA'sında kodlanmıştır, ancak iş başında başka etkiler de vardır. DNA dizileri bir geni oluşturan aktif olmayabilir veya bloke olabilir. Bir organizmanın özellikleri genleri tarafından belirlenir, ancak genlerin kodlanmış özelliği gerçekten yaratıp yaratmadığına denir. gen ifadesi.

Birçok faktör gen ekspresyonunu etkileyebilir ve genin karakteristiğini hiç mi yoksa bazen sadece zayıf mı üreteceğini belirler. Gen ekspresyonu hormonlardan veya enzimlerden etkilendiğinde, sürece gen regülasyonu denir.

epigenetik gen düzenlemesinin moleküler biyolojisini inceler ve diğer epigenetik etkiler gen ifadesi üzerine. Temel olarak, DNA kodunu değiştirmeden DNA dizilerinin etkisini değiştiren herhangi bir etki, epigenetik için bir konudur.

epigenetik içinde yer alan genetik talimatların geçtiği süreçtir. DNA organizmalardan etkilenir genetik olmayan faktörler. Epigenetik süreçler için birincil yöntem, gen ifadesinin kontrolüdür. Bazı kontrol mekanizmaları geçicidir, ancak diğerleri daha kalıcıdır ve kalıtsal olabilir.

Bir gen, kendisinin bir kopyasını yaparak ve DNA dizilerinde kodlanmış proteini üretmek için kopyayı hücreye göndererek kendini ifade eder. Protein, tek başına veya diğer proteinlerle kombinasyon halinde, spesifik bir organizma özelliği üretir. Genin proteini üretmesi engellenirse, organizma özelliği görünmeyecektir.

Epigenetik, genin kendi proteinini üretmesinin nasıl engellenebileceğine ve bloke olursa tekrar nasıl açılabileceğine bakar. çok arasında epigenetik mekanizmalar gen ekspresyonunu etkileyebilecek olanlar şunlardır:

• devre dışı bırakılıyor gen.
• Genin durdurulması kopya yapmak.
• Kopyalanan genin durdurulması proteini üretmek.
• engelleme proteinin işlevi.
• Ayrılmak protein işe yaramadan önce.

Epigenetik, genlerin nasıl ifade edildiğini, ifadelerini neyin etkilediğini ve genleri kontrol eden mekanizmaları inceler. Genetik katmanın üzerindeki etki katmanına ve bu katmanın nasıl belirlediğine bakar. epigenetik değişiklikler bir organizmanın nasıl göründüğü ve nasıl davrandığı konusunda

Bir organizmadaki tüm hücreler aynı genoma sahip olsa da, hücreler genlerini nasıl düzenlediklerine bağlı olarak farklı işlevler üstlenirler. Organizma düzeyinde, organizmalar aynı genetik koda sahip olabilir, ancak farklı görünebilir ve davranabilir. Örneğin insanlar söz konusu olduğunda, tek yumurta ikizleri aynı insan genomuna sahiptir, ancak duruma bağlı olarak biraz farklı görünecek ve davranacaktır. epigenetik değişiklikler.

Bu tür epigenetik etkiler, aşağıdakiler de dahil olmak üzere birçok iç ve dış faktöre bağlı olarak değişebilir:

• hormonlar
• Büyüme faktörleri
• nörotransmitterler
• Transkripsiyon faktörleri
• kimyasal uyaranlar
• çevresel uyaranlar
  

Bunların her biri, hücrelerde gen ekspresyonunu destekleyen veya bozan epigenetik faktörler olabilir. böyle epigenetik kontrol altta yatan genetik kodu değiştirmeden gen ifadesini düzenlemenin başka bir yoludur.

Her durumda, genel gen ifadesi değiştirilir. İç ve dış faktörler ya gen ekspresyonu için gereklidir ya da aşamalardan birini bloke edebilir. Protein üretimi için gerekli enzim gibi gerekli bir faktör yoksa protein üretilemez.

Bir bloke edici faktör mevcutsa, ilgili gen ekspresyon aşaması işlev göremez ve ilgili genin ekspresyonu bloke edilir. Epigenetik, bir genin DNA dizilerinde kodlanan bir özelliğin organizmada görünmeyebileceği anlamına gelir.

Genom, küçük hücre çekirdeklerine sığması için karmaşık bir kromatin yapısında sıkıca sarılması gereken ince, uzun DNA dizileri moleküllerinde kodlanmıştır.

Bir geni ifade etmek için DNA, bir transkripsiyon mekanizması. bir parçası DNA çift sarmalı ifade edilecek geni içeren gen hafifçe çözülür ve bir RNA molekülü, geni oluşturan DNA dizilerinin bir kopyasını oluşturur.

DNA molekülleri, histon adı verilen özel proteinlerin etrafına sarılır. Histonlar değiştirilebilir, böylece DNA az ya da çok sıkıca sarılır.

böyle histon modifikasyonları DNA moleküllerinin o kadar sıkı sarılmasına neden olabilir ki, özel enzimler ve amino asitlerden oluşan transkripsiyon mekanizması kopyalanacak gene ulaşamaz. Histon modifikasyonu yoluyla bir gene erişimin sınırlandırılması, genin epigenetik kontrolü ile sonuçlanır.

Genlere erişimi sınırlamaya ek olarak, histon proteinleri, genlerde etraflarına sarılmış DNA moleküllerine az ya da çok sıkı bağlanmak için değiştirilebilir. kromatin yapı. Bu tür histon modifikasyonları, işlevi ifade edilecek genlerin bir RNA kopyasını yapmak olan transkripsiyon mekanizmasını etkiler.

Gen ekspresyonunu bu şekilde etkileyen histon modifikasyonları şunları içerir:

• metilasyon - histonlara bir metil grubu ekleyerek DNA'ya bağlanmayı arttırır ve gen ekspresyonunu azaltır.
• fosforilasyon - histonlara fosfat grupları ekler. Gen ekspresyonu üzerindeki etki, metilasyon ve asetilasyon ile etkileşime bağlıdır.
• asetilasyon - histon asetilasyonu, bağlanmayı azaltır ve gen ekspresyonunu yukarı regüle eder. Asetil grupları, histon asetiltransferazlar (HAT'ler) ile eklenir.
• asetilasyon - asetil gruplarını uzaklaştırır, bağlanmayı arttırır ve histon deasetilaz ile gen ekspresyonunu azaltır.

Bağlanmayı artırmak için histonlar değiştirildiğinde, belirli bir genin genetik kodu kopyalanamaz ve gen ifade edilmez. Bağlanma azaltıldığında, daha fazla genetik kopya yapılabilir veya bunlar daha kolay yapılabilir. Spesifik gen daha sonra eksprese edilir ve kodlanmış proteininin daha fazlası üretilir.

Bir genin DNA dizileri kopyalandıktan sonra RNA dizisi, RNA molekülü çekirdeği bırakır. Genetik dizide kodlanan protein, ribozom adı verilen küçük hücre fabrikaları tarafından üretilebilir.

İşlem zinciri aşağıdaki gibidir:

1. RNA'ya DNA transkripsiyonu
2. RNA molekülü çekirdekten çıkar
3. RNA hücrede ribozomları bulur
4. Protein zincirlerine RNA dizisi çevirisi
5. protein üretimi

Bir RNA molekülünün iki temel işlevi, transkripsiyon ve translasyondur. DNA dizilerini kopyalamak ve aktarmak için kullanılan RNA'ya ek olarak, hücreler üretebilir. girişim RNA'sı veya iRNA. Bunlar, RNA dizilerinin kısa zincirleridir. kodlamayan RNA çünkü genleri kodlayan herhangi bir diziye sahip değiller.

İşlevleri, gen ekspresyonunu azaltarak transkripsiyon ve çeviriye müdahale etmektir. Bu sayede iRNA'nın epigenetik bir etkisi olur.

DNA metilasyonu sırasında adı verilen enzimler DNA metiltransferazlar Metil gruplarını DNA moleküllerine bağlar. Bir geni aktive etmek ve transkripsiyon sürecini başlatmak için, bir proteinin DNA molekülüne başlangıç ​​yakınında bağlanması gerekir. Metil grupları, bir transkripsiyon proteininin normal olarak bağlanacağı yerlere yerleştirilir, böylece transkripsiyon fonksiyonunu bloke eder.

Hücreler bölündüğünde, hücrenin genomunun DNA dizileri, adı verilen bir süreçte kopyalanır. DNA kopyalama. oluşturmak için aynı süreç kullanılır. sperm ve daha yüksek organizmalarda yumurta hücreleri.

DNA kopyalandığında gen ekspresyonunu düzenleyen faktörlerin çoğu kaybolur, ancak birçok DNA metilasyon modeli kopyalanan DNA moleküllerinde kopyalanır. Bu, gen ekspresyonunun düzenlenmesinin neden olduğu anlamına gelir. DNA metilasyonu kalıtsal olabilir Altta yatan DNA dizileri değişmeden kalsa bile.

DNA metilasyonu çevre, diyet, kimyasallar, stres, kirlilik gibi epigenetik faktörlere yanıt verdiği için, yaşam tarzı seçimleri ve radyasyon, bu tür faktörlere maruz kalmaktan kaynaklanan epigenetik reaksiyonlar DNA yoluyla kalıtsal olabilir metilasyon. Bu, soyağacı etkilerine ek olarak, bireyin ebeveynlerinin davranışları ve maruz kaldığı çevresel faktörler tarafından şekillendirildiği anlamına gelir.

Hücrelerin teşvik eden genleri vardır. hücre bölünmesi tümörlerde olduğu gibi hızlı, kontrolsüz hücre büyümesini baskılayan genlerin yanı sıra. Tümörlerin büyümesine neden olan genlere denir. onkogenler ve tümörleri önleyenlere denir tümör baskılayıcı genler.

İnsan kanserlerine, tümör baskılayıcı genlerin bloke edilmiş ekspresyonu ile birlikte artan onkogen ekspresyonu neden olabilir. Bu gen ekspresyonuna karşılık gelen DNA metilasyon paterni kalıtsal ise, yavru kansere karşı artan bir duyarlılığa sahip olabilir.

Bu durumuda kolorektal kanser, hatalı bir DNA metilasyon modeli ebeveynlerden yavrulara geçebilir. 1983 tarihli bir araştırmaya ve makaleye göre A. Feinberg ve B. Kolorektal kanser hastalarının DNA metilasyon paterni olan Vogelstein, onkogenlerin metilasyonunun azalmasıyla birlikte tümör baskılayıcı genlerin artan metilasyonunu ve bloke edilmesini gösterdi.

Epigenetik de yardımcı olmak için kullanılabilir genetik hastalıkları tedavi etmek. Fragile X Sendromunda, önemli bir düzenleyici protein üreten bir X kromozomu geni eksiktir. Proteinin yokluğu, entelektüel gelişimi engelleyen BRD4 proteininin kontrolsüz bir şekilde fazla üretildiği anlamına gelir. BRD4 ekspresyonunu inhibe eden ilaçlar, hastalığı tedavi etmek için kullanılabilir.

Epigenetik, hastalık üzerinde büyük bir etkiye sahiptir, ancak davranış gibi diğer organizma özelliklerini de etkileyebilir.

1988'de McGill Üniversitesi'nde yapılan bir çalışmada Michael Meany, anneleri onları yalayarak ve onlara dikkat ederek bakan farelerin sakin yetişkinlere dönüştüğünü gözlemledi. Anneleri onları görmezden gelen fareler endişeli yetişkinler haline geldi. Beyin dokusunun bir analizi, annelerin davranışlarının beyinde değişikliklere neden olduğunu gösterdi. beyin hücrelerinin metilasyonu bebek sıçanlarda. Sıçan yavrularındaki farklılıklar epigenetik etkilerin sonucuydu.

Diğer çalışmalar kıtlığın etkisine baktı. 1944 ve 1945'te Hollanda'da olduğu gibi, anneler hamilelikleri sırasında kıtlığa maruz kaldıklarında, maruz kalmayan annelere kıyasla çocukların obezite ve koroner hastalık insidansı daha yüksekti. kıtlık. Daha yüksek riskler, insülin benzeri bir büyüme faktörü üreten bir genin DNA metilasyonunun azalmasıyla izlendi. böyle epigenetik etkiler birkaç nesil boyunca kalıtsal olabilir.

Ebeveynlerden çocuklara ve sonrasında geçebilecek davranışlardan kaynaklanan etkiler aşağıdakileri içerebilir:

• Ebeveyn diyeti, yavruların ruh sağlığını etkileyebilir.
• Ebeveynlerde çevre kirliliğine maruz kalma, çocuk astımını etkileyebilir.
• Anne beslenme öyküsü bebeğin doğum boyutunu etkileyebilir.
• Erkek ebeveyn tarafından aşırı alkol tüketimi, yavrularda saldırganlığa neden olabilir.
• Ebeveynlerin kokaine maruz kalması hafızayı etkileyebilir.

Bu etkiler, yavrulara aktarılan DNA metilasyonundaki değişikliklerin sonuçlarıdır, ancak bu faktörler ebeveynlerde DNA metilasyonunu değiştirir, çocukların yaşadığı faktörler kendi DNA'larını değiştirebilir metilasyon. Genetik kodun aksine, çocuklarda DNA metilasyonu daha sonraki yaşamda davranış ve çevresel maruziyet ile değiştirilebilir.

DNA metilasyonu davranıştan etkilendiğinde, DNA üzerindeki metil gruplarının eklenebileceği metil işaretleri değişebilir ve gen ifadesini bu şekilde etkileyebilir. Gen ekspresyonu ile ilgili çalışmaların çoğu yıllar öncesine ait olsa da, sonuçların bir gen ekspresyonu ile ilişkilendirilmesi ancak daha yakın zamanlardadır. artan epigenetik araştırma hacmi. Bu araştırma, epigenetiğin rolünün, organizmalar üzerinde altta yatan genetik kod kadar güçlü bir etki olabileceğini göstermektedir.