Kandungan
- Epigenetics: Definisi dan Gambaran Keseluruhan
- Bagaimana Pengubahsuaian Epigenetic berfungsi
- Had Epigenetic kepada Akses DNA
- Tambahan Modul Epigenetic Histone
- RNA boleh mengganggu ekspresi gen
- Methylation DNA adalah Faktor Utama dalam Ekspresi Gene
- Contoh epigenetik: Penyakit
- Contoh epigenetik: Kelakuan
Maklumat genetik untuk organisma dikodkan dalam DNA kromosom organisma, tetapi terdapat pengaruh lain di tempat kerja. Susunan DNA yang membentuk gen mungkin tidak aktif, atau mereka mungkin disekat. Ciri-ciri organisma ditentukan oleh gennya, tetapi sama ada gen sebenarnya mewujudkan ciri-ciri yang dikodkan dipanggil ekspresi gen.
Banyak faktor boleh mempengaruhi ekspresi gen, menentukan sama ada gen menghasilkan sifatnya sama sekali atau kadang-kadang hanya lemah. Apabila ungkapan gen dipengaruhi oleh hormon atau enzim, proses itu dipanggil regulasi gen.
Epigenetics mengkaji biologi molekul peraturan gen dan yang lain pengaruh epigenetik pada ekspresi gen. Pada dasarnya apa-apa pengaruh yang mengubah kesan urutan DNA tanpa menukar kod DNA adalah subjek untuk epigenetik.
Epigenetics: Definisi dan Gambaran Keseluruhan
Epigenetics adalah proses melalui arahan genetik yang terkandung dalam DNA organisma dipengaruhi oleh faktor bukan genetik. Kaedah utama untuk proses epigenetik ialah mengawal ekspresi gen. Beberapa mekanisme kawalan adalah sementara tetapi yang lain tetap kekal dan boleh diwarisi melalui warisan epigenetik.
Sebuah gen mengungkapkan dirinya dengan membuat satu salinan dirinya dan menyalinnya ke dalam sel untuk menghasilkan protein yang dikodkan dalam urutan DNAnya. Protein, sama ada bersendirian atau dalam kombinasi dengan protein lain, menghasilkan ciri organisma tertentu. Jika gen disekat daripada menghasilkan protein, ciri organisma tidak akan muncul.
Epigenetik memandang bagaimana gen boleh dihalang daripada menghasilkan proteinnya, dan bagaimana ia boleh dihidupkan semula jika ia disekat. Antara yang ramai mekanisme epigenetik yang boleh mempengaruhi ekspresi gen adalah berikut:
Epigenetik mengkaji bagaimana gen dinyatakan, apa yang mempengaruhi ekspresi mereka dan mekanisme yang mengendalikan gen. Ia melihat lapisan pengaruh di atas lapisan genetik dan bagaimana lapisan ini menentukan perubahan epigenetik dalam apa bentuk organisma dan bagaimana ia berfungsi.
Bagaimana Pengubahsuaian Epigenetic berfungsi
Walaupun semua sel dalam organisma mempunyai genom yang sama, sel-sel mengambil fungsi yang berlainan berdasarkan bagaimana mereka mengatur gen mereka. Pada tahap organisme, organisma mungkin mempunyai kod genetik yang sama tetapi kelihatan dan berkelakuan berbeza. Dalam kes manusia misalnya, kembar identik mempunyai genom manusia yang sama tetapi akan kelihatan dan berkelakuan sedikit berbeza, bergantung pada perubahan epigenetik.
Kesan epigenetik sedemikian boleh berbeza-beza bergantung kepada faktor dalaman dan luaran, termasuk yang berikut:
Setiap ini boleh menjadi faktor epigenetik yang menggalakkan atau mengganggu ekspresi gen dalam sel. Seperti itu kawalan epigenetik adalah satu lagi cara untuk mengawal selia gen tanpa menukar kod genetik yang mendasari.
Dalam setiap kes, ungkapan gen keseluruhan berubah. Faktor dalaman dan luaran sama ada diperlukan untuk ekspresi gen, atau mereka mungkin menghalang salah satu peringkat. Jika faktor yang diperlukan seperti enzim yang diperlukan untuk pengeluaran protein tidak hadir, protein tidak dapat dihasilkan.
Sekiranya faktor penyekat berlaku, tahap ekspresi gen sepadan tidak dapat berfungsi, dan ungkapan gen yang relevan disekat. Epigenetik bermakna bahawa sifat yang dikodkan dalam urutan DNA gen mungkin tidak muncul dalam organisma.
Had Epigenetic kepada Akses DNA
Genom itu dikodkan dalam molekul panjang nipis urutan DNA yang perlu luka rapat dalam struktur kromatin rumit untuk dimasukkan ke dalam nukleus sel kecil.
Untuk menyatakan gen, DNA disalin melalui a mekanisme transkripsi. Bahagian helix dua helai DNA yang mengandungi gen yang dinyatakan adalah sedikit mundur dan satu molekul RNA membuat salinan DNA yang membentuk gen.
Molekul DNA digulung di sekitar protein khas yang dipanggil histon. Histones boleh diubah supaya DNA luka lebih atau kurang ketat.
Seperti itu pengubahsuaian histon boleh menghasilkan molekul DNA yang luka sehingga ketat bahawa mekanisme transkripsi, terdiri daripada enzim khas dan asid amino, tidak dapat mencapai gen untuk disalin. Mengehadkan akses kepada gen melalui pengubahsuaian histon menghasilkan kawalan epigenetik gen.
Tambahan Modul Epigenetic Histone
Selain membatasi akses kepada gen, protein histone dapat diubah untuk mengikat lebih atau kurang ketat ke molekul DNA yang melukai mereka di dalam struktur kromatin. Pengubahsuaian histon sedemikian menjejaskan mekanisme transkripsi yang fungsinya adalah untuk membuat salinan RNA gen yang akan dinyatakan.
Pengubahsuaian histon yang menjejaskan ekspresi gen dengan cara ini termasuk yang berikut:
Apabila histon diubah untuk meningkatkan pengikatan, kod genetik untuk gen tertentu tidak boleh ditranskripsikan, dan gen tidak dinyatakan. Apabila mengikat dikurangkan, lebih banyak salinan genetik boleh dibuat, atau mereka boleh dibuat dengan lebih mudah. Gen tertentu kemudian dinyatakan lebih banyak protein yang dikodkannya dihasilkan.
RNA boleh mengganggu ekspresi gen
Selepas urutan DNA gen disalin ke Urutan RNA, molekul RNA meninggalkan nukleus. Protein yang dikodkan dalam urutan genetik boleh dihasilkan oleh kilang sel kecil yang dipanggil ribosom.
Rangkaian operasi adalah seperti berikut:
Dua fungsi utama satu molekul RNA adalah transkripsi dan terjemahan. Sebagai tambahan kepada RNA yang digunakan untuk menyalin dan memindahkan urutan DNA, sel-sel boleh menghasilkan gangguan RNA atau iRNA. Ini adalah helah ringkas urutan RNA yang dipanggil RNA bukan pengekodan kerana mereka tidak mempunyai sebarang urutan yang menyandikan gen.
Fungsi mereka adalah mengganggu transkripsi dan terjemahan, mengurangkan ekspresi gen. Dengan cara ini, iRNA mempunyai kesan epigenetik.
Methylation DNA adalah Faktor Utama dalam Ekspresi Gene
Semasa metilasi DNA, enzim dipanggil Methyltransferases DNA lampirkan kumpulan metil ke molekul DNA. Untuk mengaktifkan gen dan memulakan proses transkripsi, protein perlu melekat pada molekul DNA berhampiran permulaan. Kumpulan metil diletakkan di lokasi di mana protein transkripsi biasanya akan dilampirkan, sekali gus menyekat fungsi transkripsi.
Apabila sel membahagikan, urutan DNA genom sel disalin dalam proses yang dipanggil Replikasi DNA. Proses yang sama digunakan untuk membuat sel sperma dan telur dalam organisma yang lebih tinggi.
Banyak faktor yang mengawal selia ekspresi gen hilang apabila DNA disalin, tetapi banyak corak metilasi DNA direplikasi dalam molekul DNA yang disalin. Ini bermakna bahawa peraturan ekspresi gen yang disebabkan oleh Metilasi DNA boleh diwarisi walaupun urutan DNA yang mendasar kekal tidak berubah.
Oleh kerana methylation DNA bertindak balas kepada faktor-faktor epigenetik seperti persekitaran, diet, bahan kimia, tekanan, pencemaran, pilihan gaya hidup dan radiasi, reaksi epigenetik dari pendedahan kepada faktor-faktor tersebut boleh diwarisi melalui metilasi DNA. Ini bermakna, sebagai tambahan kepada pengaruh silsilah, individu dibentuk oleh tingkah laku ibu bapa dan faktor persekitaran yang mereka terdedah.
Contoh epigenetik: Penyakit
Sel-sel mempunyai gen yang mempromosikan pembahagian sel serta gen-gen yang menyekat pertumbuhan sel yang cepat dan tidak terkawal seperti dalam tumor. Gen yang menyebabkan pertumbuhan tumor dipanggil onkogenes dan mereka yang menghalang tumor dipanggil gen penindas tumor.
Kanser manusia boleh disebabkan oleh peningkatan ekspresi onkogen dan ditambah dengan ungkapan penyekat tumor penahan tumor. Sekiranya corak metilasi DNA sepadan dengan ekspresi gen ini diwarisi, keturunan mungkin mengalami peningkatan kerentanan terhadap kanser.
Dalam kes kanser kolorektal, corak metilasi DNA yang rosak boleh disalurkan dari ibu bapa kepada anak-anak. Menurut kajian dan kertas 1983 oleh A. Feinberg dan B. Vogelstein, corak metilasi DNA pesakit kanser kolorektal menunjukkan peningkatan metilasi dan menyekat gen penindas tumor dengan penurunan metilasi onkogen.
Epigenetik juga boleh digunakan untuk membantu merawat penyakit genetik. Dalam Sindrom X Fragile, gen kromosom X yang menghasilkan protein pengawalan utama hilang. Ketiadaan protein bermakna bahawa protein BRD4, yang menghalang perkembangan intelektual, dihasilkan secara berlebihan dalam cara yang tidak terkawal. Dadah yang menghalang ekspresi BRD4 boleh digunakan untuk merawat penyakit ini.
Contoh epigenetik: Kelakuan
Epigenetik mempunyai pengaruh besar terhadap penyakit, tetapi ia juga boleh mempengaruhi sifat-sifat organisma lain seperti tingkah laku.
Dalam kajian 1988 di Universiti McGill, Michael Meany memerhatikan bahawa tikus yang ibu-ibu mereka menjaga mereka dengan menjilat dan memperhatikan mereka berkembang menjadi orang dewasa yang tenang. Tikus yang ibu mereka mengabaikan mereka menjadi orang dewasa yang cemas. Analisis tisu otak menunjukkan bahawa tingkah laku ibu menyebabkan perubahan dalam metilasi sel-sel otak dalam tikus bayi. Perbezaan keturunan tikus adalah akibat kesan epigenetik.
Kajian-kajian lain telah melihat kesan kebuluran. Apabila ibu terdedah kepada kelaparan semasa kehamilan, seperti halnya di Belanda pada tahun 1944 dan 1945, anak-anak mereka mempunyai insiden obesitas dan penyakit koroner yang lebih tinggi berbanding dengan ibu-ibu yang tidak terkena kelaparan. Risiko yang lebih tinggi dikesan untuk mengurangkan metilasi DNA gen yang menghasilkan faktor pertumbuhan seperti insulin. Seperti itu kesan epigenetik boleh diwarisi selama beberapa generasi.
Kesan dari tingkah laku yang boleh ditransmisikan dari ibu bapa kepada kanak-kanak dan seterusnya boleh termasuk yang berikut:
Kesan ini adalah hasil perubahan dalam metilasi DNA yang diteruskan kepada anak-anak, tetapi jika faktor-faktor ini dapat mengubah metilasi DNA pada ibu bapa, faktor-faktor yang pengalaman anak-anak dapat mengubah metilasi DNA mereka sendiri. Tidak seperti kod genetik, metilasi DNA pada kanak-kanak boleh diubah oleh tingkah laku dan pendedahan alam sekitar dalam kehidupan kemudian.
Apabila methylation DNA dipengaruhi oleh tingkah laku, tanda metil pada DNA di mana kumpulan metil boleh dilampirkan boleh mengubah dan mempengaruhi ekspresi gen dengan cara itu. Walaupun banyak kajian yang berkaitan dengan tarikh ekspresi gen sejak bertahun-tahun yang lalu, baru-baru ini hasilnya telah disambungkan kepada a peningkatan jumlah penyelidikan epigenetik. Kajian ini menunjukkan bahawa peranan epigenetik mungkin mempunyai pengaruh yang kuat terhadap organisma sebagai kod genetik yang mendasari.