Epigenetik: Definition, Sådan fungerer det, eksempler

Hver af disse kan være epigenetiske faktorer, der fremmer eller forstyrrer genekspression i cellerne. Sådan epigenetisk kontrol
er en anden måde at regulere genekspression uden at ændre den underliggende genetiske kode.

I begge tilfælde ændres den samlede genekspression. De interne og eksterne faktorer er enten nødvendige til genekspression, eller de kan blokere et af trinnene. Hvis en nødvendig faktor, såsom et enzym, der er nødvendigt til proteinproduktion, er fraværende, kan proteinet ikke produceres.

Hvis der er en blokerende faktor, kan det tilsvarende genekspressionstrin ikke fungere, og udtrykket af det relevante gen er blokeret. Epigenetik betyder, at en egenskab, der er kodet i DNA-sekvenserne af et gen, muligvis ikke vises i organismen.
Epigenetiske begrænsninger til DNA-adgang |

genomet er kodet i tynde, lange molekyler af DNA-sekvenser, der har skal vikles tæt i en kompliceret kromatinstruktur for at passe ind i små cellekerner.

For at udtrykke et gen kopieres DNA'et via en transkriptionsmekanisme
. Den del af en dobbelt DNA-helix, der indeholder genet, der skal udtrykkes, afvikles lidt, og et RNA-molekyle fremstiller en kopi af DNA-sekvenserne, der udgør genet.

DNA-molekylerne vikles omkring specielle proteiner kaldet histoner. Histonerne kan ændres, så DNA'et vikles mere eller mindre tæt.

Sådanne histonmodifikationer
kan resultere i, at DNA-molekyler vikles så tæt, at transkriptionsmekanismen, der består af specielle enzymer og aminosyrer, kan ikke nå det gen, der skal kopieres. Begrænsning af adgang til et gen gennem histonmodifikation resulterer i epigenetisk kontrol af genet.
Yderligere epigenetiske histonmodifikationer

Ud over at begrænse adgangen til gener kan histonproteiner ændres for at binde mere eller mindre tæt til DNA-molekyler vikles omkring dem i kromatinstrukturen. Sådanne histonmodifikationer påvirker transkriptionsmekanismen, hvis funktion er at fremstille en RNA-kopi af generne, der skal udtrykkes.

Histonmodifikationer, der påvirker genekspression på denne måde inkluderer følgende:

Når histoner ændres til øge binding, den genetiske kode for et specifikt gen kan ikke transkriberes, og genet udtrykkes ikke. Når bindingen reduceres, kan der fremstilles flere genetiske kopier, eller de kan gøres lettere. Det specifikke gen udtrykkes derefter mere og mere af dets kodede protein produceres.
RNA kan forstyrre genekspression

Efter at DNA-sekvenserne af et gen kopieres til en RNA-sekvens
, forlader RNA-molekylet kernen. Proteinet kodet i den genetiske sekvens kan produceres af småcellefabrikker kaldet ribosomer.

Kæden af operationer er som følger:

1. DNA-transkription til RNA
   
2. RNA-molekyle forlader kernen
   
3. RNA finder ribosomer i cellen
   
4. RNA-sekvensoversættelse til proteinkæder
   
5. Proteinproduktion
   
   

   De to nøglefunktioner af et RNA-molekyle er transkription og translation. Ud over det RNA, der bruges til at kopiere og overføre DNA-sekvenserne, kan celler producere interferens RNA
   eller iRNA
   . Dette er korte strenge af RNA-sekvenser kaldet ikke-kodende RNA
   fordi de ikke har nogen sekvenser, der koder for gener.
   

   Deres funktion er at forstyrre transkription og translation og reducere genekspression. På denne måde har iRNA en epigenetisk virkning.
   DNA-methylering er en væsentlig faktor i genekspression
   

   Under DNA-methylering binder enzymer, der kaldes DNA-methyltransferaser, methylgrupper til DNA-molekyler. For at aktivere et gen og starte transkriptionsprocessen skal et protein fastgøres til DNA-molekylet nær starten. Methylgrupperne anbringes på de steder, hvor et transkriptionsprotein normalt ville binde sig, hvilket således blokerer transkriptionsfunktionen.
   

   Når celler deler sig, kopieres DNA-sekvenserne i cellens genom i en proces kaldet DNA-replikation
   . Den samme proces bruges til at skabe sædceller og ægceller i højere organismer.
   

   Mange af de faktorer, der regulerer genekspression, går tabt, når DNA'et kopieres, men en masse af DNA-methyleringsmønstrene replikeres i den kopierede ", 3, [[Dette betyder, at reguleringen af genekspression forårsaget af DNA-methylering kan arves
   selvom de underliggende DNA-sekvenser forbliver uændrede.
   

   Fordi DNA-methylering reagerer på epigenetiske faktorer såsom miljø, diæt, kemikalier , stress, forurening, livsstilsvalg og stråling, de epigenetiske reaktioner fra eksponering for sådanne faktorer kan arves gennem DNA-methylering. Det betyder, at et individ ud over genealogiske påvirkninger er formet af forældrenes adfærd og de miljømæssige faktorer, som de blev udsat for.
   Epigenetiske eksempler: Sygdomme
   

   Celler har gener, der fremmer celledeling såvel som gener, der undertrykker hurtig, ukontrolleret cellevækst, såsom i tumorer. Gener, der forårsager vækst af tumorer kaldes oncogener
   og de, der forhindrer tumorer kaldes tumorundertrykkende gener.
   

   Humane kræftformer kan være forårsaget af den øgede ekspression af oncogener. kombineret med den blokerede ekspression af tumorundertrykkende gener. Hvis DNA-methyleringsmønsteret, der svarer til dette genekspression, arves, kan afkommet have en øget følsomhed over for kræft.
   

   I tilfælde af kolorektal kræft
   kan et defekt DNA-methyleringsmønster passeres videre fra forældre til afkom. Ifølge en undersøgelse fra 1983 og papir fra A. Feinberg og B. Vogelstein, viste DNA-methyleringsmønsteret for kolorektale kræftpatienter øget methylering og blokering af tumorundertrykkende gener med en nedsat methylering af onkogener.
   

   Epigenetics kan også være bruges til at hjælpe med at behandle genetiske sygdomme
   . I fragilt X-syndrom mangler et X-kromosomgen, der producerer et vigtigt regulatorisk protein. Fraværet af proteinet betyder, at BRD4-proteinet, som hæmmer intellektuel udvikling, produceres i overskud på en ukontrolleret måde. Lægemidler, der hæmmer ekspressionen af BRD4, kan bruges til at behandle sygdommen.
   Epigenetics Eksempler: Opførsel
   

   Epigenetics har en stor indflydelse på sygdommen, men det kan også påvirke andre organismer egenskaber såsom adfærd.
   

   I en undersøgelse fra 1988 ved McGill University observerede Michael Meany, at rotter, hvis mødre plejede dem ved at slikke og være opmærksom på dem, udviklede sig til rolige voksne. Rotter, hvis mødre ignorerede dem, blev ængstelige voksne. En analyse af hjernevæv viste, at mødrenes opførsel forårsagede ændringer i methylering af hjerneceller
   hos babyrotter. Forskellene i rotteafkom var resultatet af epigenetiske virkninger.
   

   Andre studier har set på effekten af hungersnød. Da mødre blev udsat for hungersnød under graviditeten, som det var tilfældet i Holland i 1944 og 1945, havde deres børn en højere forekomst af fedme og koronar sygdom sammenlignet med mødre, der ikke blev udsat for hungersnød. De højere risici blev sporet til reduceret DNA-methylering af et gen, der producerer en insulinlignende vækstfaktor. Sådanne epigenetiske effekter
   kan arves over flere generationer.
   

   Effekter fra adfærd, der kan overføres fra forældre til børn og fremover, kan omfatte følgende:
   
   

6. Forælder diæt kan påvirke afkomets mentale helbred.
   
7. Miljøeksponering for forurening hos forældre kan påvirke barnas astma.
   
8. Morens ernæringshistorie kan påvirke spædbørns fødselsstørrelse. den mandlige forælder kan forårsage aggression hos afkom.
   
9. Forældres eksponering for kokain kan påvirke hukommelsen.
   
   

   Disse virkninger er resultatet af ændringer i DNA-methylering, der er videregivet til afkom, men hvis disse faktorer kan ændre DNA-methylering hos forældre, de faktorer, som børnene oplever, kan ændre deres egen DNA-methylering. I modsætning til den genetiske kode kan DNA-methylering hos børn ændres ved opførsel og miljøeksponering i det senere liv.
   

   Når DNA-methylering påvirkes af adfærd, kan methylmærkerne på DNA, hvor metylgrupperne kan hænge sammen ændre og påvirke genekspression på den måde. Selvom mange af de undersøgelser, der beskæftiger sig med genekspression, stammer fra mange år siden, er det først for nylig, at resultaterne er forbundet med et voksende volumen af epigenetisk forskning
   . Denne undersøgelse viser, at epigenetikens rolle kan have en så stærk indflydelse på organismer som den underliggende genetiske kode.