Epigenetics ann an Riaghladh Gine
’S e meur de bhitheòlas a th’ ann an epigenetics a bhios a’ sgrùdadh atharrachaidhean ann an gnìomhachd gine nach eil air adhbhrachadh le atharrachaidhean ann an sreath DNA. Ann am faclan eile, tha epigenetics a’ mìneachadh mar as urrainnear ginean a thionndadh air no dheth gun an còd ginteil fhèin atharrachadh. Tha a’ bhun-bheachd seo deatamach oir tha e gar cuideachadh le bhith a’ tuigsinn carson a dh’ fhaodadh diofar ghnìomhan a bhith aig ceallan sa bhodhaig aig a bheil an aon DNA, leithid ceallan nearbhach, ceallan fèithe, agus ceallan fala. Tha epigenetics a’ cluich prìomh dhreuchd ann an riaghladh gine, am pròiseas a bhith a’ cumail smachd air cuin, càite, agus dè cho làidir sa tha gine air a chur an cèill.
Bunait Riaghladh Gine
'S e riaghladh gine dòigh-obrach a bhios ceallan a' cleachdadh gus cinneasachadh pròtain atharrachadh a rèir feumalachdan. Tha ginean "gnìomhach" air an tar-sgrìobhadh gu RNA agus an uairsin air an eadar-theangachadh gu pròtainean. Air an làimh eile, chan eil ginean "neo-ghnìomhach" a' dèanamh thoraidhean gnìomhach. Tha an riaghladh seo riatanach airson leasachadh embryo, eadar-dhealachadh cealla, freagairt cuideam, atharrachadh àrainneachdail, agus cumail suas gnìomhan bodhaig. Faodaidh briseadh ann an riaghladh gine grunn ghalaran adhbhrachadh, a' gabhail a-steach aillse, eas-òrdughan metabolach, agus ana-cainnt leasachaidh.
Anns a’ cho-theacsa seo, bidh epigenetics ag obair mar shiostam riaghlaidh a bharrachd air mullach a’ ghinòma. Ma tha an genome coltach ri leabhar reasabaidhean, is e epigenetics an comharra no an nota a tha a’ dearbhadh dè na reasabaidhean a leughas tu agus dè cho tric.
Prìomh Mheacanaigean Epigenetics
Tha grunn phrìomh dhòighean-obrach epigenetic a’ toirt buaidh air riaghladh gine. Is iad na trì as motha a chaidh a sgrùdadh methylation DNA, atharrachadh histone, agus riaghladh le RNA neo-chòdaidh. Bidh an trì ag obair ann an dòigh cho-òrdanaichte gus ruigsinneachd DNA agus ìrean abairt gine a riaghladh.
1. Methylation DNA
Bidh meitileachadh DNA a’ tachairt nuair a thèid buidheann meitil (—CH₃) a chur ri bonn cytosine, mar as trice ann an roinnean de DNA a tha beairteach ann am paidhrichean bonn CpG (cytosine-phosphate-guanine). Bidh cur ris a’ bhuidheann meitil seo gu tric co-cheangailte ri casg air gnìomhachd gine. Mar as trice is e na làraichean meitileachaidh as cudromaiche luchd-adhartachaidh gine, na roinnean de DNA a bhios a’ riaghladh tòiseachadh tar-sgrìobhaidh.
Ma tha brosnaichear air a mheitileachadh gu mòr, bidh duilgheadas aig factaran tar-sgrìobhaidh ceangal, agus chan urrainn dha RNA polymerase obrachadh gu h-iomchaidh. Mar thoradh air an sin, tha an gine buailteach a bhith "sàmhach." Tha pàirt chudromach aig meitileachadh DNA ann am pròiseasan àbhaisteach leithid dì-ghnìomhachadh cromosome X ann am boireannaich agus clò-bhualadh genomic, far a bheil buaidh aig sinnsearachd phàrantan air abairt gine.
2. Atharrachadh Histone
Chan eil DNA ann an niùclas cealla dìreach a’ lobhadh; an àite sin, tha e air a phacaigeadh còmhla ri pròtainean histone gus cromatin a chruthachadh. Faodaidh an structar seo a bhith nas teinne no nas sgaoilte. Nuair a tha cromatin teann (heterochromatin), tha ginean nas duilghe faighinn thuca agus tha e nas dualtaiche nach bi iad air an cur an cèill. Nuair a tha cromatin sgaoilte (euchromatin), tha ginean nas fhasa faighinn thuca agus tha e nas dualtaiche a bhith gnìomhach.
Faodaidh histonan diofar atharrachaidhean ceimigeach a dhèanamh, leithid acetylation, methylation, phosphorylation, agus ubiquitination. Mar as trice bidh acetylation histon, gu sònraichte aig fuigheall lysine, co-cheangailte ri gnìomhachadh gine oir tha e ag adhbhrachadh gum bi cromatin nas fosgailte. Air an làimh eile, faodaidh methylation histon gnìomhachadh no casg adhbhrachadh a rèir àite agus àireamh nam buidhnean methyl a chaidh a chur ris. Bidh measgachadh nan atharrachaidhean sin a’ cruthachadh “còd histon” a chuidicheas le bhith a’ dearbhadh staid gnìomhachd gine.
3. RNA neo-chòdaidh
Chan eil a h-uile RNA air eadar-theangachadh gu pròtain. Bidh mòran RNA neo-chòdaidh a’ cluich pàirt ann an riaghladh gine, nam measg meanbh-RNA (miRNA), RNA fada neo-chòdaidh (lncRNA), agus RNA beag a tha a’ cur bacadh air (siRNA). Faodaidh meanbh-RNA, mar eisimpleir, ceangal ri mRNA targaid agus milleadh adhbhrachadh no casg a chuir air eadar-theangachadh, agus mar sin a’ lughdachadh cinneasachadh pròtain.
Faodaidh RNA neo-chòdaidh cuideachd co-thàthaidhean pròtain epigenetic a stiùireadh gu àiteachan sònraichte anns a’ ghinòma, agus mar sin buaidh a thoirt air methylation DNA no atharrachaidhean histone. San dòigh seo, bidh RNA neo-chòdaidh ag obair mar riaghladairean mìn-ghluasaid a bhios a’ dearbhadh ìrean sònraichte de ghnìomhachd gine.
Epigenetics ann an Leasachadh Cealla agus Eadar-dhealachadh
Is e leasachadh organach aon de na dreuchdan as follaisiche aig epigenetics. Mar a bhios zygote a’ leasachadh gu bhith na sheòrsaichean cealla eadar-dhealaichte, bidh an aon DNA aig gach cealla ach tha prògram sònraichte aca airson gnìomhachd gine. Tha am prògram seo air a stèidheachadh agus air a chumail suas tro chomharran epigenetic.
Mar eisimpleir, tha cromatin caran fosgailte aig ceallan gas, a’ leigeil le mòran ghinean a bhith air an gnìomhachadh. Mar a bhios iad ag eadar-dhealachadh, bidh comharran epigenetic a’ caolachadh an roghainn de ghinean a thèid a ghnìomhachadh, a’ leigeil leis na ceallan a bhith speisealaichte, leithid ceallan grùthan a’ gnìomhachadh ginean dì-phuinnseanachaidh no ceallan pancreatic a’ gnìomhachadh ginean a bhios a’ dèanamh insulin.
Buaidh Àrainneachdail air Epigenetics
Bidh epigenetics cuideachd a’ lìonadh a’ bheàirn eadar gintinneachd agus an àrainneachd. Faodaidh factaran leithid beathachadh, cuideam, nochdadh do phuinnseanan, smocadh, gnìomhachd chorporra, agus eadhon pàtrain cadail buaidh a thoirt air comharran epigenetic. Mar eisimpleir, faodaidh easbhaidhean ann am beathachadh sònraichte a bhios ag obair mar luchd-tabhartais methyl (leithid folate agus vitimín B12) buaidh a thoirt air pàtrain methylation DNA.
Faodaidh nochdadh do thruailleadh no cheimigean atharrachadh a dhèanamh air atharrachaidhean histone agus methylation DNA cuideachd, agus mu dheireadh buaidh a thoirt air cunnart galair. Is e seo aon adhbhar carson a dh’ fhaodadh dòigh-beatha buaidh a thoirt air slàinte san fhad-ùine, eadhon aig an ìre mhóileciuil.
Eipigineòlas agus Galar
Faodaidh mì-chothromachadh ann an riaghladh epigenetic cur ri diofar ghalaran. Ann an aillse, bidh pàtrain methylation DNA gu tric a’ dol tro atharrachaidhean mòra. Faodar cuid de ghinean casg tumhair a bhith air an cur às an t-suidheachadh air sgàth hypermethylation brosnachaidh, a’ toirt air falbh innealan smachd fàis bho cheallan. Air an làimh eile, faodaidh roinnean eile den genome a bhith hypomethylated, a’ leantainn gu neo-sheasmhachd cròmasomach.
A bharrachd air aillse, tha ceangal eadar briseadh epigenetic agus galairean neurodegenerative leithid Alzheimer's agus Parkinson's, eas-òrdughan metabolach leithid tinneas an t-siùcair seòrsa 2, agus galairean autoimmune. Tha eadhon cuid de eas-òrdughan leasachaidh leithid sionndroman Prader-Willi agus Angelman ceangailte ri clò-bhualadh genomic epigenetic.
Epigenetics mar Targaid Leigheasach
Leis gu bheil atharrachaidhean epigenetic comasach air an tionndadh air ais, tha iad nan targaid tharraingeach airson leasachadh dhrogaichean. Tha grunn leigheasan aillse mu thràth a’ cleachdadh luchd-bacadh einnseanan a tha an sàs ann am methylation DNA no deacetylation histone, leithid luchd-bacadh DNMT agus luchd-bacadh HDAC. Faodaidh na drogaichean seo ath-ghnìomhachadh a dhèanamh air abairt ginean sàmhach, a’ gabhail a-steach ginean casg tumhair.
Ach, tha dùbhlain ann an leigheas epigenetic leis gum faod atharrachaidhean epigenetic tachairt ann an iomadh gine aig an aon àm. Tha feum air ro-innleachdan nas mionaidiche gus buaidhean cuimsichte a choileanadh agus fo-bhuaidhean a lughdachadh. Tha leasachadh theicneòlasan leithid deasachadh epigenome stèidhichte air CRISPR cuideachd a’ tòiseachadh a’ fosgladh chothroman gus comharran epigenetic atharrachadh aig àiteachan gine sònraichte gun DNA a ghearradh.
Epigenetics ann an Oighreachd
Is e ceist inntinneach a bheil atharrachaidhean epigenetic oighreachail. Ann an cuid de fhàs-bheairtean, faodaidh comharran epigenetic sònraichte mairsinn thar ginealaichean. Ann an daoine, bidh a’ mhòr-chuid de chomharran epigenetic air an “ath-shuidheachadh” rè cruthachadh gamete agus leasachadh tràth embryonach. Ach, tha comharran ann gum faodadh cuid de dh’ atharrachaidhean sònraichte a bhith air an oighreachdadh tro dhòighean-obrach iom-fhillte, ged a tha seo fhathast na raon rannsachaidh gnìomhach.
Co-dhùnadh
Tha epigenetics na phrìomh phàirt ann an riaghladh gine oir tha e a’ dearbhadh ruigsinneachd DNA agus ìrean abairtean gine gun atharrachadh a dhèanamh air an t-sreath ginteil. Tro methylation DNA, atharrachaidhean histone, agus RNA neo-chòdaidh, faodaidh ceallan gnìomh gine a riaghladh gu dinamach a rèir feumalachdan leasachaidh agus freagairtean àrainneachdail. Bidh tuigse air epigenetics a’ cuideachadh le bhith a’ mìneachadh eadar-dhealachadh cealla, buaidh dòigh-beatha air slàinte, agus tùs diofar ghalaran. A bharrachd air an sin, tha epigenetics a’ tabhann chothroman mòra ann an leigheas, gu sònraichte air sgàth a nàdar caran tionndaidhidh. Le rannsachadh leantainneach, tha comas aig epigenetics a bhith na bhunait chudromach airson leigheasan nas mionaidiche agus nas pearsanaichte san àm ri teachd.
