Mikä on epigenomi?

Epigenomi on peräisin kreikan sanasta ”epi”, joka tarkoittaa ”yläpuolella”, ja se kuvaa perimän muutoksia, jotka eivät vaikuta DNA-sekvenssiin, mutta jotka määräävät, kytkeytyvätkö geenit päälle vai pois päältä siellä ja silloin kun niitä tarvitaan.

Jos genomi on analoginen näytelmän käsikirjoitukselle, epigenomi on ohjaajan ja näyttelijöiden tulkinta näytelmästä.

Kaksi epigenomin osatekijää ovat DNA:n modifikaatio ja kromatiinin uudelleenmuokkaus.

DNA:n modifikaatio kuvaa kemiallisten yhdisteiden lisäämistä DNA:n emäksiin. DNA:n metylaatio on yleisin modifikaatio.

Metylaatio geenin alussa kytkee geenin yleensä pois päältä. Kromatiinin uudelleenmuokkaus kuvaa sitä, miten DNA:n rakenteen muutokset voivat vaikuttaa geenien ilmentymiseen.

Kuten muistat aiemmista vaiheista, DNA kietoutuu histonien ympärille, jotta se voidaan pakata tehokkaasti kromosomeiksi tumaan. Geenien ilmentyminen voi riippua siitä, kuinka tiukasti DNA on sidottu histoneihin: kun se on löyhästi sidottu, geenit ovat transkriptiotekijöiden saatavilla ja voivat ilmentyä, mutta jos se on tiukasti sidottu, transkriptiota ei voi tapahtua.

Histoni/DNA-sidoksen tiukkuus määräytyy kemiallisten modifikaatioiden (jälleen muun muassa metylaatio) perusteella, jotka tapahtuvat histonimolekyylistä ulkonevissa ”hännissä”.

Kromatiinin uudelleenmuodostus Klikkaa laajentaaksesi
© St George’s, University of London

Epigenomi on dynaaminen ja reagoi ulkoisiin ärsykkeisiin. Uskotaan, että tietyt ulkoiset ärsykkeet voivat aiheuttaa epänormaaleja DNA-muutoksia, jotka puolestaan häiritsevät normaalia geeniekspressiota.

Tiedämme nyt esimerkiksi, että viallinen epigenomi voi vaikuttaa yhdessä genomimutaatioiden kanssa syövän kehittymiseen.

Ensimmäistä erilaista ryhmää häiriöitä, jotka johtuvat epigenomin epänormaaleista muutoksista, ovat leimautumishäiriöt. Imprinting on epigenominen ilmiö, jossa tietyt geenit ilmentyvät alkuperäisvanhemman mukaan, eli se, onko geeni ”päällä” vai ”pois päältä”, riippuu siitä, onko se periytynyt äidiltä vai isältä.

Tietyillä genomin alueilla imprintoituneet geenit ryhmittyvät, ja niitä säätelevät imprintingin ohjauskeskukset.

Epänormaalit imprinting-mallit ovat vastuussa muutamista harvinaisista häiriöistä, kuten (muun muassa) Beckwith Wiedemannin oireyhtymästä (suurentunut kielen koko, vatsan seinämän puutokset, korvalehden rypyt/kuopat ja suurentunut alttius sairastua tiettyihin lapsuuden kasvaimiin); Prader Willin oireyhtymästä (älyllinen kehitysvammaisuus, liikalihavuus ja liikasyömättömyys) ja Angelmanin oireyhtymästä (älyllinen kehitysvammaisuus, kouristuskohtaukset ja ominainen kasvojen ulkonäkö).

Epigenomiikka on kasvava ala, josta tiedämme vielä suhteellisen vähän.

Epigenomin tutkimus on kuitenkin nopeasti laajeneva ala, ja samoin kuin kasvava tietämyksemme genomista, lisääntyvä kykymme tulkita epigenomia tulee todennäköisesti muuttamaan kykyämme sekä diagnosoida että hoitaa harvinaisia ja yleisiä sairauksia.

Puheenaihe

Hiirillä tehdyssä tutkimuksessa esitettiin, että pelkoreaktio voi periytyä vanhemmalta lapselle periytyvien epigeneettisten muutosten kautta. Tätä kutsutaan ”vanhempien traumaattisen altistumisen periytymiseksi” (Dias, B. G. & Ressler, K. J. Nature Neurosci (2013)).

Mitä ajatuksia sinulla on siitä, mikä voisi olla evolutiivinen hyöty ympäristöärsykkeiden aiheuttamien käyttäytymispiirteiden siirtymisestä sukupolvesta toiseen? Mitä haittoja tästä voisi olla?