Epigenetica: de keeper van de code


Epigenetica: de keeper van de code

In de afgelopen jaren is de aandacht steeds meer afgeweken van de code van DNA en naar de manier waarop het DNA verpakt is en de eiwitten die ermee omgaan. Deze zogenaamde epigenetische factoren zijn erfelijk, omkeerbaar en enorm invloedrijk.

Wat het DNA betreft, is de manier waarop het verpakt is, even belangrijk als de code.

In de afgelopen decennia is epigenetica een heet wetenschappelijk thema geworden.

Met mogelijke rollen in kanker, neuropsychiatrische stoornissen en immuunziekten, is het geen verrassing dat epigenetica zo'n intensieve aandacht oplevert.

De manier waarop genen worden uitgedrukt is ongelooflijk complex; Het vereist de oneindige gedetailleerde coördinatie van meerdere moleculaire spelers.

Epigenetica creëert een extra laag complexiteit die onderzoekers pas nu begrijpen.

Elke cel in ons lichaam (behalve een klein paar) bevat precies hetzelfde DNA. Echter, niet elk deel van het DNA is tegelijkertijd actief. Een levercel, bijvoorbeeld, zal verschillende delen van DNA "aangesloten" hebben op een huidcel of spiercel.

Epigenetische mechanismen zijn verantwoordelijk voor het waarborgen dat de juiste DNA-informatie wordt uitgedrukt in elk specifiek celtype.

Evenzo kunnen bepaalde genen door ons leven stil worden of uitgedrukt worden. Deze fluctuerende expressiesnelheden kunnen beïnvloed worden door een groot aantal levensgebeurtenissen en gedragingen - bijvoorbeeld waar we leven, milieuvervuiling, veroudering en lichaamsbeweging.

De definitie van epigenetica

In de loop der jaren zijn de woorden "epigenese" en "epigenetica" gebruikt om te verwijzen naar verschillende - en soms overlappende - aspecten van de biologie. Vrij recent is een consensus over zijn betekenis bereikt.

In 2008, tijdens een Cold Spring Harbor-vergadering, werd de verwarring voor eens en altijd opgeklaard. Een definitie voor "epigenetica" werd voorgesteld, besproken en geaccepteerd:

Een stabiel erfelijk fenotype dat voortvloeit uit veranderingen in een chromosoom zonder veranderingen in de DNA-sequentie."

Het fenotype van een organisme is het complete beeld van zijn eigenschappen of eigenschappen - van zijn botstructuur tot zijn biochemische processen, van zijn gedrag naar de kleur van zijn ogen.

Natuurlijk wordt het fenotype van een organisme beïnvloed door zijn genetische code. Echter, als onderzoek naar epigenetica ontwikkeld en geavanceerd is, hebben wetenschappers ontdekt dat sommige eigenschappen kunnen worden ontwikkeld en doorgegeven van generatie naar generatie zonder veranderingen in de gensequentie (genotype).

Op het eerste gezicht lijkt dit een game-wisselaar, en het is echt een verandering in fenotype zonder een verandering in genotype.

Epigenetica onderzoek heeft aangetoond dat een omgevingsfactor - bijvoorbeeld in een rookgevulde omgeving - veranderingen kan aanbrengen in bepaalde aspecten van de manier waarop genen functioneren (maar niet de basisparen zelf) die vervolgens doorgegeven worden aan toekomstige generaties.

Een filmgebaseerde analogie kan helpen om de rol van epigenetica te begrijpen: als we de menselijke levensduur voorstellen als een lange film, zijn de cellen acteurs en actrices. DNA is het script en vertelt de acteurs wat ze moeten doen. De woorden in het script zijn de DNA-sequentie, en de stadiumaanwijzingen in het script dat specifieke acties geven aan de acteurs zijn de genen.

In dit scenario is epigenetica de directeur. Het script kan hetzelfde blijven, maar de directeur heeft de mogelijkheid om bepaalde scènes of secties van dialoog te verwijderen.

De ingewanden van epigenetica

Epigenetische veranderingen veranderen de manier waarop bepaalde genen geactiveerd worden, maar niet de sequentie van de DNA-code. Dit kan op een aantal manieren gebeuren, en om ze te begrijpen, helpt het om een ​​beetje te weten over de betrokken moleculaire structuren:

Chromatine: De basis van chromosomen

Chromatine bestaat uit eiwit, RNA en DNA - het is waaruit chromosomen bestaan. In de kern van onze cellen worden DNA en de bijbehorende eiwitten opgeslagen in de vorm van chromatine.

Eventuele DNA-gerelateerde processen, zoals replicatie, vinden plaats terwijl DNA opgeslagen wordt als chromatine, in plaats van op DNA in zijn naakte vorm.

Histonen: DNA spools

Binnen chromatin zijn enkele van de meest vitale spelers histonen; DNA wordt verpakt en gekruld rond deze eiwitten, waardoor het verpakt kan worden en in de relatieve grenzen van de celkern wordt gehouden. Ze worden vaak gezegd dat ze op spollen lijken, met snaren van DNA die om hen heen worden gewikkeld.

Hoewel stevig verpakt, kunnen histonen het DNA door replicatie en reparatie doorgaan terwijl ze hun structuur behouden.

Nucleosoom: Basiseenheid van DNA-verpakking

Een nucleosoom is de fundamentele subeenheid van chromatine, die de delicate strengen van DNA beschermt. Elk nucleosoom bestaat uit een kern van acht histonproteïnen en een stuk DNA.

In tegenstelling tot de meeste bolvormige eiwitten hebben histonen lange "staarten" die uit de nucleosomen voortkomen. Deze staartachtige structuren helpen groepen van nucleosomen samen te houden en dienen ook als het canvas voor epigenetische invloed.

Chromatine is georganiseerd in herhalende eenheden bekend als nucleosomen.

Histonstaarten kunnen een aantal chemische modificaties ondergaan, waaronder acetylering, methylering en fosforylering. Deze epigenetische staartveranderingen hebben invloed op de manier waarop DNA wordt gerepliceerd en gerepareerd.

Histonstaarten zijn slechts één regio waarin epigenetica DNA-processen kan beïnvloeden. Zo kunnen zogenaamde chromatin remodeling complexen tijdelijk aanpassen hoe gecondenseerde chromatine is - hoe minder strakke chromatine wordt verpakken, hoe makkelijker het is dat eiwitten toegang krijgen tot het DNA en replicatie of andere veranderingen uitvoeren.

Kortom, de manier waarop een cel activeert of leest van de code van de DNA kan worden gewijzigd door de manier waarop het verpakt wordt te veranderen. Het is niet nodig om de volgorde van de code van het DNA te wijzigen om veranderingen te maken in het fenotype van het organisme.

Deze epigenetische mechanismen, waaronder methylering, veranderingen in histonen en nucleosoomveranderingen zijn erfelijk en worden aangeduid als het epigenoom.

Methylering in ziekte

Het meest gestudeerde aspect van epigenetica is de rol van methylering. Kortom, methylering is een proces waarbij methylgroepen aan DNA worden toegevoegd; Meestal heeft dit het gevolg van gentranscriptie onderdrukken (de eerste stap van DNA replicatie, waar DNA in RNA wordt gekopieerd).

Een studie in 1969 was de eerste die suggereerde dat methylering van DNA belangrijk kan zijn bij het functioneren van langdurig geheugen. Sindsdien wordt het belang van methylering en zijn rol in een aantal ziekten langzaam begrepen.

Immuunziekten

Evidence heeft de afgelopen jaren verzameld en aangetoond dat een verlies van epigenetische controle over complexe immuunprocessen kan bijdragen aan auto-immuunziekten. Bijvoorbeeld, abnormale methylering van T-cellen is gemeten bij patiënten met lupus - een auto-immuunziekte die wordt gekenmerkt door ontsteking en meervoudige orgaanschade.

Andere studies hebben ook aangetoond dat methylering belangrijk kan zijn bij reumatoïde artritis, een andere auto-immuun conditie.

Neuropsychiatrische aandoeningen

Bepaalde psychiatrische, autistische en neurodegeneratieve stoornissen lijken een epigenetische component te hebben met betrekking tot methylering - met name DNA methyltransferases (DNMT), een familie van enzymen die betrokken zijn bij het methyleren van DNA.

Andere studies hebben een mogelijke rol van methylering in de ziekte van Alzheimer gevonden. Een studie merkte op dat zelfs in de hersenen van Alzheimer's patiënten die nog geen symptomen hadden ontwikkeld, genen die geassocieerd waren met Alzheimer's anders werden gemetileerd dan normale hersenen.

Er is ook een rol voor methylering in autisme geweest. Autopsies van autistische hersenen onthulde een tekort in MECP2 (methyl CpG bindend eiwit 2), een lid van een familie van eiwitten die binden aan gemethyleerd DNA en ze activeren.

Epigenetica en kanker

Kanker is bekend om een ​​sterke genetische component te hebben. Er wordt nu gedacht dat epigenetische factoren een grote betrokkenheid en invloed hebben op verschillende aspecten van zijn progressie.

In 1983 was kanker de eerste menselijke ziekte die gekoppeld was aan epigenetica. De onderzoekers constateerden dat genen binnen colorectale kankercellen significant minder gemetileerd waren dan normaal weefsel.

Het is nu bekend dat te weinig methylering instabiliteit in chromosomen kan veroorzaken en oncogenen kan activeren; En te veel methylering kan de genen die verantwoordelijk zijn voor het onderdrukken van tumoren beginnen te stoppen.

Omdat epigenetica omkeerbare veranderingen in aspecten van chromatine inhoudt, kan ons inzicht in zijn rol in diverse ziekten leiden tot innovatieve nieuwe behandelingen. Een studie gepubliceerd in carcinogenese In 2009 zegt:

Het feit dat epigenetische afwijkingen, in tegenstelling tot genetische mutaties, potentieel omkeerbaar zijn en door middel van epigenetische therapie in hun normale toestand kunnen worden hersteld, maken dergelijke initiatieven veelbelovend en therapeutisch relevant."

Epigenetica, als vakgebied, ligt nog in zijn kinderschoenen. Vanwege de grote invloed op gezondheid en ziekte, is het waarschijnlijk dat de bevindingen van het onderzoek dat het speelt, waarschijnlijk inzichtelijk zijn. Alleen tijd zal vertellen hoeveel invloed epigenetica over ons en onze nakomelingen heeft, en hoeveel invloed de medische wetenschap uiteindelijk erover zal hebben.

Black Ops 3 Zombies: Der Eisendrache Easter Egg - Fighting the Boss! (Funny Moments & Fails) (Video Medische En Professionele 2019).

Sectie Kwesties Op De Geneeskunde: Medische praktijk