เนื้อหา
- Epigenetics: คำจำกัดความและภาพรวม
- Epigenetic Modification ทำงานอย่างไร
- ข้อ จำกัด ของ Epigenetic ต่อการเข้าถึง DNA
- การปรับเปลี่ยน Eponeetic Histone เพิ่มเติม
- RNA สามารถรบกวนการแสดงออกของยีน
- methylation ดีเอ็นเอเป็นปัจจัยสำคัญในการแสดงออกของยีน
- ตัวอย่าง Epigenetics: โรค
- ตัวอย่าง Epigenetics: พฤติกรรม
ข้อมูลทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตถูกเข้ารหัสในโครโมโซมของสิ่งมีชีวิต แต่มีอิทธิพลอื่น ๆ ในที่ทำงาน ลำดับ DNA ที่ประกอบขึ้นเป็นยีนอาจไม่สามารถใช้งานได้หรืออาจถูกปิดกั้น ลักษณะของสิ่งมีชีวิตจะถูกกำหนดโดยยีนของมัน แต่ไม่ว่าจะเป็นยีนที่สร้างลักษณะการเข้ารหัสที่เรียกว่า การแสดงออกของยีน.
มีหลายปัจจัยที่สามารถมีอิทธิพลต่อการแสดงออกของยีนโดยพิจารณาว่ายีนสร้างลักษณะเฉพาะหรืออ่อนแอเพียงบางครั้งเท่านั้น เมื่อการแสดงออกของยีนได้รับอิทธิพลจากฮอร์โมนหรือเอนไซม์กระบวนการนี้เรียกว่าการควบคุมยีน
epigenetics ศึกษาชีววิทยาโมเลกุลของการควบคุมยีนและอื่น ๆ อิทธิพลของ epigenetic ในการแสดงออกของยีน โดยทั่วไปอิทธิพลใด ๆ ที่ปรับเปลี่ยนผลของลำดับดีเอ็นเอโดยไม่ต้องเปลี่ยนรหัส DNA เป็นเรื่องของ epigenetics
Epigenetics: คำจำกัดความและภาพรวม
epigenetics เป็นกระบวนการที่คำสั่งทางพันธุกรรมที่มีอยู่ใน DNA ของสิ่งมีชีวิตได้รับอิทธิพลจาก ปัจจัยที่ไม่ใช่ทางพันธุกรรม. วิธีหลักสำหรับกระบวนการ epigenetic คือการควบคุมการแสดงออกของยีน กลไกการควบคุมบางอย่างเป็นแบบชั่วคราว แต่ส่วนอื่นนั้นแบบถาวรและสามารถสืบทอดได้ การถ่ายทอดทางพันธุกรรม epigenetic.
ยีนแสดงออกโดยการทำสำเนาของตัวเองและคัดลอกสำเนาเข้าสู่เซลล์เพื่อสร้างโปรตีนที่เข้ารหัสในลำดับดีเอ็นเอ โปรตีนไม่ว่าจะเดี่ยวหรือใช้ร่วมกับโปรตีนชนิดอื่นก็จะสร้างลักษณะของสิ่งมีชีวิตที่เฉพาะเจาะจง หากยีนนั้นถูกบล็อกไม่ให้ผลิตโปรตีนคุณสมบัติของสิ่งมีชีวิตจะไม่ปรากฏขึ้น
Epigenetics ดูที่ว่ายีนสามารถถูกบล็อกจากการผลิตโปรตีนได้อย่างไรและจะสามารถสลับกลับมาใช้ได้อย่างไรหากมันถูกบล็อก ในบรรดาหลาย ๆ กลไก epigenetic ที่สามารถมีอิทธิพลต่อการแสดงออกของยีนดังต่อไปนี้:
Epigenetics ศึกษาว่ามีการแสดงออกของยีนอย่างไรสิ่งที่มีอิทธิพลต่อการแสดงออกและกลไกที่ควบคุมยีน มันดูที่ชั้นของอิทธิพลเหนือชั้นพันธุกรรมและวิธีที่ชั้นนี้กำหนด การเปลี่ยนแปลงของ epigenetic ในสิ่งมีชีวิตที่มีลักษณะและวิธีการทำงาน
Epigenetic Modification ทำงานอย่างไร
แม้ว่าเซลล์ทั้งหมดในสิ่งมีชีวิตมีจีโนมเหมือนกัน แต่เซลล์ก็ทำหน้าที่ต่าง ๆ ตามวิธีที่พวกเขาควบคุมยีนของพวกเขา ในระดับสิ่งมีชีวิตสิ่งมีชีวิตอาจมีรหัสพันธุกรรมเหมือนกัน แต่มีลักษณะและประพฤติแตกต่างกัน ในกรณีของมนุษย์เช่นแฝดแฝดมีจีโนมมนุษย์เหมือนกัน แต่จะมีลักษณะและการทำงานแตกต่างกันเล็กน้อยขึ้นอยู่กับ การปรับเปลี่ยน epigenetic
ผล epigenetic ดังกล่าวสามารถแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับปัจจัยภายในและภายนอกหลายแห่งรวมถึงต่อไปนี้:
แต่ละสิ่งเหล่านี้อาจเป็นปัจจัย epigenetic ที่ส่งเสริมหรือขัดขวางการแสดงออกของยีนในเซลล์ อย่างเช่น การควบคุม epigenetic เป็นอีกวิธีหนึ่งในการควบคุมการแสดงออกของยีนโดยไม่ต้องเปลี่ยนรหัสพันธุกรรมพื้นฐาน
ในแต่ละกรณีการแสดงออกของยีนโดยรวมมีการเปลี่ยนแปลง ปัจจัยภายในและภายนอกจำเป็นสำหรับการแสดงออกของยีนหรืออาจปิดกั้นหนึ่งในขั้นตอน หากปัจจัยที่จำเป็นเช่นเอนไซม์ที่จำเป็นสำหรับการผลิตโปรตีนขาดโปรตีนจะไม่สามารถผลิตได้
หากมีปัจจัยการปิดกั้นการแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้องเวทีฟังก์ชั่นลาดเทและการแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้องจะถูกปิดกั้น Epigenetics หมายความว่าลักษณะที่เข้ารหัสในลำดับดีเอ็นเอของยีนอาจไม่ปรากฏในสิ่งมีชีวิต
ข้อ จำกัด ของ Epigenetic ต่อการเข้าถึง DNA
จีโนมจะถูกเข้ารหัสในโมเลกุลที่บางและยาวของลำดับดีเอ็นเอที่จะต้องพันแผลอย่างแน่นหนาในโครงสร้างโครมาตินที่ซับซ้อนเพื่อให้พอดีกับนิวเคลียสของเซลล์ขนาดเล็ก
ในการถ่ายทอดยีน DNA จะถูกคัดลอกผ่านทาง กลไกการถอดรหัส. ส่วนของ DNA double helix ที่มียีนที่จะแสดงออกนั้นไม่ได้คลี่คลายและโมเลกุล RNA สร้างสำเนาของลำดับ DNA ที่ประกอบขึ้นเป็นยีน
โมเลกุลของ DNA นั้นถูกพันรอบโปรตีนพิเศษที่เรียกว่าฮิสโตน ฮิสโตนสามารถเปลี่ยนแปลงได้เพื่อให้ DNA นั้นมีบาดแผลไม่มากก็น้อย
อย่างเช่น การแก้ไขฮิสโตน สามารถส่งผลให้โมเลกุลดีเอ็นเอถูกบาดแผลอย่างแน่นหนาจนกลไกการถอดรหัสประกอบด้วยเอนไซม์พิเศษและกรดอะมิโนเข้าสู่ยีนที่จะคัดลอก การ จำกัด การเข้าถึงยีนผ่านการดัดแปลงฮิสโตนในการควบคุม epigenetic ของยีน
การปรับเปลี่ยน Eponeetic Histone เพิ่มเติม
นอกเหนือจากการ จำกัด การเข้าถึงของยีนโปรตีนฮิสโตนสามารถเปลี่ยนเป็นโมเลกุลของ DNA ที่มีบาดแผลรอบ ๆ พวกมันมากขึ้นหรือน้อยลงในโครงสร้างโครมาติน การดัดแปลงฮิสโตนดังกล่าวส่งผลกระทบต่อกลไกการถอดรหัสที่มีฟังก์ชั่นในการทำสำเนา RNA ของยีนที่จะแสดงออกมา
การดัดแปลง Histone ที่มีผลต่อการแสดงออกของยีนในลักษณะนี้รวมถึงสิ่งต่อไปนี้:
เมื่อฮิสโตนถูกเปลี่ยนเพื่อเพิ่มความผูกพันรหัสพันธุกรรมของยีนที่เฉพาะเจาะจงไม่สามารถถอดความได้และยีนนั้นจะไม่แสดงออกมา เมื่อการผูกมัดลดลงสามารถทำสำเนาทางพันธุกรรมได้มากขึ้นหรือสามารถทำสำเนาได้ง่ายขึ้น ยีนที่เฉพาะเจาะจงนั้นจะแสดงโปรตีนที่ถูกเข้ารหัสมากขึ้นเรื่อย ๆ
RNA สามารถรบกวนการแสดงออกของยีน
หลังจากลำดับดีเอ็นเอของยีนถูกคัดลอกไปยัง ลำดับ RNAโมเลกุลอาร์เอ็นเอออกจากนิวเคลียส โปรตีนที่ถูกเข้ารหัสในลำดับพันธุกรรมสามารถผลิตได้โดยโรงงานเซลล์ขนาดเล็กที่เรียกว่าไรโบโซม
ห่วงโซ่ของการดำเนินงานมีดังนี้:
หน้าที่หลักสองประการของโมเลกุล RNA คือการถอดความและการแปล นอกจาก RNA ที่ใช้ในการคัดลอกและถ่ายโอนลำดับ DNA เซลล์สามารถผลิตได้ รบกวน RNA หรือ IRNA. เหล่านี้เป็นเส้นสั้น ๆ ของลำดับ RNA ที่เรียกว่า ไม่ใช่การเข้ารหัส RNA เพราะพวกมันไม่มีลำดับที่เข้ารหัสยีน
หน้าที่ของพวกเขาคือรบกวนการถอดความและการแปลลดการแสดงออกของยีน ด้วยวิธีนี้ iRNA มีผล epigenetic
methylation ดีเอ็นเอเป็นปัจจัยสำคัญในการแสดงออกของยีน
ในระหว่าง DNA methylation, เอนไซม์ที่เรียกว่า DNA methyltransferases แนบกลุ่มเมทิลกับโมเลกุลดีเอ็นเอ ในการกระตุ้นยีนและเริ่มกระบวนการถอดรหัสโปรตีนจะต้องยึดติดกับโมเลกุล DNA ใกล้จุดเริ่มต้น กลุ่มเมธิลจะถูกวางไว้ในตำแหน่งที่ปกติจะมีการถอดรหัสโปรตีนดังนั้นจึงปิดกั้นฟังก์ชั่นการถอดความ
เมื่อเซลล์แบ่งลำดับดีเอ็นเอของจีโนมเซลล์จะถูกคัดลอกในกระบวนการที่เรียกว่า การจำลองดีเอ็นเอ. กระบวนการเดียวกันนี้ใช้เพื่อสร้างสเปิร์มและเซลล์ไข่ในสิ่งมีชีวิตที่สูงขึ้น
ปัจจัยหลายอย่างที่ควบคุมการแสดงออกของยีนจะหายไปเมื่อคัดลอก DNA แต่รูปแบบ DNA methylation จำนวนมากถูกจำลองในโมเลกุลดีเอ็นเอที่คัดลอก ซึ่งหมายความว่ากฎระเบียบของการแสดงออกของยีนที่เกิดจาก DNA methylation สามารถสืบทอดได้ แม้ว่าลำดับดีเอ็นเอพื้นฐานจะยังคงไม่เปลี่ยนแปลง
เนื่องจาก DNA methylation ตอบสนองต่อปัจจัย epigenetic เช่นสภาพแวดล้อม, อาหาร, สารเคมี, ความเครียด, มลพิษ, การเลือกวิถีชีวิตและการแผ่รังสี, ปฏิกิริยา epigenetic จากการสัมผัสกับปัจจัยดังกล่าวสามารถสืบทอดได้ผ่าน DNA methylation ซึ่งหมายความว่านอกเหนือจากอิทธิพลของลำดับวงศ์ตระกูลบุคคลแต่ละคนถูกกำหนดโดยพฤติกรรมของผู้ปกครองและปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมที่พวกเขาได้รับการเปิดเผย
ตัวอย่าง Epigenetics: โรค
เซลล์มียีนที่ส่งเสริมการแบ่งเซลล์เช่นเดียวกับยีนที่ยับยั้งการเติบโตของเซลล์อย่างรวดเร็วและไม่สามารถควบคุมได้เช่นในเนื้องอก ยีนที่ทำให้เกิดการเจริญเติบโตของเนื้องอกเรียกว่า oncogenes และสิ่งที่ป้องกันเนื้องอกได้ถูกเรียก ยีนต้านมะเร็ง.
มะเร็งของมนุษย์อาจเกิดจากการแสดงออกของ oncogenes ที่เพิ่มขึ้นควบคู่ไปกับการแสดงออกที่ถูกบล็อกของยีนต้านมะเร็ง หากรูปแบบ DNA methylation ที่สอดคล้องกับการแสดงออกของยีนนี้ได้รับการถ่ายทอดพันธุกรรมลูกหลานอาจมีความไวต่อการเกิดโรคมะเร็งเพิ่มขึ้น
ในกรณีของ มะเร็งลำไส้ใหญ่รูปแบบ DNA methylation ผิดพลาดอาจถูกส่งต่อจากผู้ปกครองไปยังลูกหลาน จากการศึกษาในปี 1983 และรายงานโดย A. Feinberg และ B. Vogelstein รูปแบบ DNA methylation ของผู้ป่วยมะเร็งลำไส้ใหญ่พบว่ามีการเพิ่มขึ้นของเมทิลเลชั่นและการปิดกั้นของยีนต้านมะเร็งด้วย methylation ที่ลดลง
Epigenetics ยังสามารถใช้เพื่อช่วย รักษาโรคทางพันธุกรรม. ใน Fragile X Syndrome, ยีน X-chromosome ที่สร้างโปรตีนหลักที่ขาดหายไป การไม่มีโปรตีนหมายความว่าโปรตีน BRD4 ซึ่งยับยั้งการพัฒนาทางปัญญานั้นมีการผลิตส่วนเกินในรูปแบบที่ไม่สามารถควบคุมได้ ยาที่ยับยั้งการแสดงออกของ BRD4 สามารถใช้รักษาโรคได้
ตัวอย่าง Epigenetics: พฤติกรรม
Epigenetics มีอิทธิพลสำคัญต่อการเกิดโรค แต่มันก็สามารถส่งผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ เช่นพฤติกรรม
ในการศึกษาปี 1988 ที่มหาวิทยาลัยแมคกิลล์ไมเคิลมีมีสังเกตว่าหนูที่แม่ดูแลพวกมันด้วยการเลียและให้ความสนใจพวกมันกลายเป็นผู้ใหญ่ที่สงบ หนูที่แม่ละเลยพวกเขากลายเป็นผู้ใหญ่ที่มีความวิตกกังวล จากการวิเคราะห์เนื้อเยื่อสมองพบว่าพฤติกรรมของคุณแม่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงใน methylation ของเซลล์สมอง ในหนูน้อย ความแตกต่างของลูกหลานหนูเป็นผลมาจากผล epigenetic
การศึกษาอื่น ๆ ได้ดูผลของความอดอยาก เมื่อมารดามีความอดอยากในระหว่างตั้งครรภ์เช่นเดียวกับในฮอลแลนด์ในปี 2487 และ 2488 เด็ก ๆ มีอุบัติการณ์ของโรคอ้วนและโรคหลอดเลือดหัวใจสูงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับมารดาที่ไม่ได้รับความอดอยาก ความเสี่ยงที่สูงขึ้นถูกโยงไปถึง DNA methylation ที่ลดลงของยีนที่สร้างปัจจัยการเจริญเติบโตที่คล้ายอินซูลิน อย่างเช่น ผลกระทบ epigenetic สามารถสืบทอดได้หลายชั่วอายุคน
ผลกระทบจากพฤติกรรมที่อาจถ่ายทอดจากพ่อแม่สู่ลูกและต่อไปนี้อาจรวมถึงสิ่งต่อไปนี้:
ผลกระทบเหล่านี้เป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงของ DNA methylation ที่ถ่ายทอดไปสู่ลูกหลาน แต่หากปัจจัยเหล่านี้สามารถเปลี่ยน DNA methylation ในผู้ปกครองปัจจัยที่เด็กมีประสบการณ์สามารถเปลี่ยน DNA methylation ของตนเองได้ ซึ่งแตกต่างจากรหัสพันธุกรรม DNA methylation ในเด็กสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยพฤติกรรมและการสัมผัสกับสิ่งแวดล้อมในภายหลัง
เมื่อ DNA methylation ได้รับผลกระทบจากพฤติกรรม methyl จะทำเครื่องหมายที่ DNA ซึ่งกลุ่ม methyl อาจติดอยู่สามารถเปลี่ยนแปลงและมีอิทธิพลต่อการแสดงออกของยีนในลักษณะนั้น แม้ว่าการศึกษาจำนวนมากที่เกี่ยวข้องกับวันที่แสดงออกของยีนจากหลายปีที่ผ่านมามันเป็นเพียงเมื่อเร็ว ๆ นี้ว่าผลลัพธ์ที่ได้รับการเชื่อมต่อกับ ปริมาณที่เพิ่มขึ้นของการวิจัย epigenetic. การวิจัยครั้งนี้แสดงให้เห็นว่าบทบาทของ epigenetics อาจมีอิทธิพลอย่างมากต่อสิ่งมีชีวิตในฐานะรหัสพันธุกรรมพื้นฐาน