Co to jest epigenom?

Pochodzący z greckiego „epi” oznaczającego „powyżej”, epigenom opisuje modyfikacje genomu, które nie wpływają na sekwencję DNA, ale określają, czy geny są włączone lub wyłączone, gdzie i kiedy są potrzebne.

Jeśli genom jest analogiczny do scenariusza sztuki, epigenom jest interpretacja sztuki przez reżysera i aktorów.

Dwa składniki epigenomu są modyfikacje DNA i przebudowy chromatyny.

Modyfikacja DNA opisuje dodawanie związków chemicznych do zasad DNA. Metylacja DNA jest najczęstszą modyfikacją.

Metylacja na początku genu zwykle wyłącza ten gen. Przemodelowanie chromatyny opisuje, w jaki sposób zmiany w strukturze DNA mogą wpływać na ekspresję genów.

Jak pamiętamy z poprzednich etapów, DNA jest owijane wokół histonów, aby mogło być sprawnie upakowane w jądrze jako chromosomy. Ekspresja genów może zależeć od tego, jak mocno DNA jest związane z histonami: kiedy jest luźno związane, geny są dostępne dla czynników transkrypcyjnych i mogą być wyrażane, ale jeśli jest ściśle związane, transkrypcja nie może zachodzić.

Ciasność wiązania histon/DNA jest określana przez modyfikacje chemiczne (między innymi metylację), które występują w „ogonach” wystających z cząsteczki histonu.

Modelowanie chromatyny Kliknij, aby rozwinąć
© St George’s, University of London

Epigenom jest dynamiczny i reaguje na bodźce zewnętrzne. Uważa się, że pewne bodźce zewnętrzne mogą powodować nieprawidłowe modyfikacje DNA, które z kolei zaburzają normalną ekspresję genów.

Na przykład, obecnie wiemy, że wadliwy epigenom może przyczynić się, wraz z mutacjami genomowymi, do rozwoju raka.

Inną grupą zaburzeń, które wynikają z nieprawidłowości epigenomu są zaburzenia imprintingu. Imprinting jest zjawiskiem epigenomicznym, w którym niektóre geny są wyrażane w zależności od ich rodzica pochodzenia, tj. czy gen jest „włączony” lub „wyłączony” zależy od tego, czy został odziedziczony od matki czy ojca.

W niektórych regionach genomu, istnieje zgrupowanie genów imprinted, które są regulowane przez centra kontroli imprinting.

Nieprawidłowe wzorce imprintingu są odpowiedzialne za kilka rzadkich zaburzeń, w tym (między innymi) zespół Beckwitha-Wiedemanna (zwiększony rozmiar języka, wady ściany brzucha, fałdy/wypukłości płatków uszu oraz zwiększona predyspozycja do rozwoju niektórych nowotworów dziecięcych); zespół Pradera-Williego (niepełnosprawność intelektualna, otyłość i hiperfagia) oraz zespół Angelmana (niepełnosprawność intelektualna, napady drgawkowe i charakterystyczny wygląd twarzy).

Epigenomika jest rozwijającą się dziedziną, o której wciąż wiemy stosunkowo niewiele.

Jednakże badanie epigenomu jest szybko rozwijającym się obszarem i, podobnie jak nasza rosnąca wiedza o genomie, nasza rosnąca zdolność do interpretacji epigenomu prawdopodobnie przekształci naszą zdolność zarówno do diagnozowania, jak i leczenia rzadkich i powszechnych chorób.

Talking point

Badania na myszach sugerują, że reakcja strachu może być przekazywana z rodzica na dziecko poprzez dziedziczne zmiany epigenetyczne. Jest to znane jako „dziedziczenie rodzicielskiej ekspozycji traumatycznej” (Dias, B. G. & Ressler, K. J. Nature Neurosci (2013)).

Jakie są Twoje przemyślenia na temat tego, co może być ewolucyjną zaletą przekazywania przez pokolenia cech behawioralnych spowodowanych bodźcami środowiskowymi? Jakie mogą być wady takiego postępowania?

Więcej o.