epigenetics คืออะไร? กุญแจสู่ความเข้าใจ
ความสำคัญของดีเอ็นเอ รหัสพันธุกรรมเป็นส่วนสำคัญของชีวิต ซึ่งในกรณีของมนุษย์เก็บข้อมูลที่ช่วยให้ร่างกายในการพัฒนาในเกือบ 20,000 ยีนที่ทำขึ้นจีโนม เซลล์ทั้งหมดของร่างกายเดียวกันมีดีเอ็นเอเดียวกัน
ดังนั้นมันเป็นไปได้อย่างไรที่พวกเขาทำหน้าที่แตกต่างกัน? หรือว่าเซลล์ประสาทเป็นเซลล์ประสาทและไม่เป็นเซลล์ตับหากมี DNA เดียวกัน คำตอบอยู่ใน epigenetics .
- บทความที่เกี่ยวข้อง: "พันธุศาสตร์และพฤติกรรม: ทำยีนตัดสินใจว่าเราจะทำอย่างไร?"
epigenetics คืออะไร?
แม้ว่าจะมีข้อมูลอยู่ แต่โซ่ของกรด deoxyribonucleic ไม่ใช่ทุกอย่างเนื่องจากมีองค์ประกอบที่สำคัญที่เป็นสิ่งแวดล้อม ต่อไปนี้เป็นคำ epigenetics, "เกี่ยวกับพันธุศาสตร์" หรือ "นอกเหนือจากพันธุกรรม"
มีปัจจัยภายนอกที่เกี่ยวข้องกับรหัสพันธุกรรมที่กำหนด การแสดงออกของยีนที่แตกต่างกัน แต่มักจะทำให้ลำดับดีเอ็นเอเหมือนเดิม เป็นกลไกที่มีความเกี่ยวข้อง: ถ้ายีนทั้งหมดทำงานในเวลาเดียวกันก็จะไม่ดีอะไรที่ต้องควบคุมการแสดงออก
คำว่า epigenetics ได้รับการประกาศเกียรติคุณจากสก๊อตนักพันธุศาสตร์ Conrad Hal Waddington ในปีพ. ศ. 2485 การศึกษาความสัมพันธ์ของยีนและสิ่งแวดล้อม .
วิธีการง่ายๆในการทำความเข้าใจเกี่ยวกับ epigenesis ได้รับจากเพื่อนที่ดีด้วยตัวอย่างนี้: ถ้าเราคิดว่า DNA เป็นห้องสมุดยีนคือหนังสือและการแสดงออกของยีนคือบรรณารักษ์ แต่ห้องสมุดตัวเองฝุ่นชั้นวางของไฟ ... ทุกอย่างที่เป็นอุปสรรคต่อหรือช่วยให้บรรณารักษ์เข้าถึงหนังสือจะเป็น epigenetics
ความจริงก็คือ จีโนมมนุษย์ประกอบด้วยมากกว่า 20,000 ยีน แต่เหล่านี้ไม่ได้ใช้งานตลอดเวลาในเวลาเดียวกัน สิ่งที่ขั้นตอนของการพัฒนาคือสิ่งมีชีวิตหรือแม้แต่สภาพแวดล้อมที่แต่ละชีวิตขึ้นอยู่กับชนิดของเซลล์จะมียีนที่ใช้งานอยู่และบางส่วนจะไม่ทำ การปรากฏตัวของกลุ่มโปรตีนที่มีหน้าที่ในการควบคุมการแสดงออกของยีนโดยไม่มีการปรับเปลี่ยนลำดับดีเอ็นเอนั่นคือโดยไม่ก่อให้เกิดการกลายพันธุ์หรือ translocations เช่นช่วยให้สามารถทำได้
รู้จัก epigenome
แนวคิดของ epigenome เกิดจากการปรากฏตัวของ epigenetics และไม่มากกว่าทุกองค์ประกอบที่เป็นส่วนหนึ่งของกฎระเบียบนี้ในการแสดงออกของยีน
ซึ่งแตกต่างจากจีโนมซึ่งยังคงมีเสถียรภาพและไม่เปลี่ยนรูปจากการเกิดไปสู่วัยชรา (หรือควรจะเป็น), epigenome เป็นแบบไดนามิกและตัวแปร ตลอดการพัฒนาที่มีการเปลี่ยนแปลง, อาจได้รับผลกระทบจากสิ่งแวดล้อม และไม่เหมือนกันตามชนิดของเซลล์ เพื่อให้เห็นถึงผลกระทบด้านสิ่งแวดล้อมพบว่าการบริโภคยาสูบมีผลกระทบในทางลบต่อ epigenome ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการเกิดมะเร็ง
ก่อนที่จะดำเนินการต่อการทบทวนพันธุกรรมเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้เข้าใจถึงวัตถุประสงค์ของดีเอ็นเอ รหัสพันธุกรรมมียีน แต่ด้วยเหตุนี้จึงไม่มีผลใด ๆ โดยทั่วไปจำเป็นต้องมีโปรตีนที่เรียกว่า RNA polymerase "อ่าน" ยีนนี้และถอดเสียงออก ไปยังกลุ่มกรดนิวคลีอิกชนิดอื่นที่เรียกว่า "messenger rna" (mRNA) ซึ่งประกอบด้วยส่วนของยีนที่อ่านได้เท่านั้น
จำเป็นต้องมีการแปล RNA นี้เป็นผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายซึ่งเป็นโปรตีนอื่นที่ไม่ใช่โปรตีนซึ่งเป็นอีกหนึ่งกลุ่มโมเลกุลที่เรียกว่า ribosome ซึ่งสังเคราะห์โปรตีนจาก mRNA หลังจากดำเนินการเสร็จสิ้นแล้ว
กลไกทางพันธุกรรม
ดีเอ็นเอเป็นโครงสร้างที่มีขนาดใหญ่มากซึ่งในกรณีของมนุษย์มีความยาวเกือบสองเมตรใหญ่กว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของเซลล์ใด ๆ
ธรรมชาติเป็นวิธีที่ชาญฉลาดและพบวิธีการลดขนาดลงอย่างมากและบรรจุลงภายในนิวเคลียสของเซลล์ด้วย โปรตีนโครงสร้างเรียกว่า "histones" ซึ่งถูกจัดกลุ่มเป็นกลุ่มแปดเพื่อสร้าง nucleosome สนับสนุน DNA chain เพื่อที่จะห่อหุ้มมันไว้และช่วยให้พับได้
ห่วงโซ่ดีเอ็นเอไม่เต็มแน่นปล่อยให้ชิ้นส่วนฟรีสำหรับเซลล์เพื่อทำหน้าที่ของมัน ความจริงก็คือพับทำให้การอ่านยีนโดย RNA polymerase ยากดังนั้นจึงไม่พับเสมอในลักษณะเดียวกันในเซลล์ที่แตกต่างกัน โดยไม่อนุญาตให้เข้าถึง RNA polymerase คุณเป็น การควบคุมการแสดงออกของยีน โดยไม่ปรับเปลี่ยนลำดับ
มันจะง่ายมากถ้ามันเป็นเพียงนี้ แต่ epigenome นอกจากนี้ยังใช้เครื่องหมายเคมี . ที่รู้จักกันดีที่สุดคือดีเอ็นเอเมธิลซึ่งประกอบด้วยความผูกพันของกลุ่มเมธิล (-CH3) กับ deoxyribonucleic acidเครื่องหมายนี้ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของมันทั้งสองสามารถกระตุ้นการอ่านของยีนและป้องกันไม่ให้มันไปถึงโดย RNA polymerase
epigenome สืบทอดมาหรือไม่?
จีโนมซึ่งเป็นตัวแปรเป็นกรรมพันธุ์ ของพ่อแม่ของแต่ละคน แต่สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นกับ epigenome หรือไม่? หัวข้อนี้ได้นำข้อพิพาทและข้อสงสัยมากมาย
โปรดจำไว้ว่าแตกต่างจากรหัสพันธุกรรม epigenome เป็นแบบไดนามิก มีกลุ่มทางวิทยาศาสตร์ที่เชื่อว่าเป็นกรรมพันธุ์และตัวอย่างที่เกิดขึ้นบ่อยๆที่เกิดขึ้นคือกรณีของหมู่บ้านในประเทศสวีเดนซึ่งลูกหลานของปู่ย่าตายายที่ผ่านความอดอยากอยู่อีกต่อไปราวกับว่ามันเป็นผลมาจาก epigenetics
ปัญหาหลักกับการศึกษาประเภทนี้คือพวกเขาไม่ได้อธิบายถึงกระบวนการนี้ แต่เป็นเพียงการคาดเดาเท่านั้นที่ไม่มีการสาธิตที่สามารถแก้ปัญหาได้
สำหรับบรรดาผู้ที่เชื่อว่า epigenome ไม่ได้สืบทอดพวกเขาจะขึ้นอยู่กับการศึกษาที่เผยให้เห็นครอบครัวของยีนที่มีหน้าที่หลักคือ เริ่มต้น epigenome ใน zygote . อย่างไรก็ตามการศึกษาเดียวกันนี้ทำให้ชัดเจนว่า epigenome ไม่รีสตาร์ทใหม่ทั้งหมด แต่ยีน 5% ที่หลบหนีกระบวนการนี้ออกจากประตูเล็ก ๆ ที่เปิดอยู่
ความสำคัญของ epigenetics
ความสำคัญที่จะได้รับการศึกษาเกี่ยวกับ epigenetics ก็คือมันสามารถเป็นหนทางสู่ ตรวจสอบและเข้าใจกระบวนการชีวิต เช่นริ้วรอยกระบวนการทางจิตหรือเซลล์ต้นกำเนิด
เขตข้อมูลที่มีการค้นพบมากขึ้นคือการทำความเข้าใจเกี่ยวกับชีววิทยามะเร็งกำลังมองหาเป้าหมายในการสร้างการบำบัดทางเภสัชวิทยาใหม่เพื่อต่อสู้กับโรคนี้
ริ้วรอย
ตามที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ในข้อความ epigenome ในเซลล์แต่ละเปลี่ยนแปลงไปตามขั้นตอนของการพัฒนาที่บุคคลนั้น
มีการศึกษาที่ได้รับการพิสูจน์นี้ ตัวอย่างเช่นได้รับการสังเกตว่า จีโนมแตกต่างกันไปในสมองของมนุษย์ ตั้งแต่แรกเกิดถึงวัยเจริญพันธุ์ในวัยเจริญพันธุ์จนถึงวัยชราก็ยังคงมีเสถียรภาพ ในช่วงอายุมีการเปลี่ยนแปลงอีกครั้ง แต่คราวนี้ลงไปแทนขึ้น
สำหรับการศึกษาครั้งนี้พวกเขามุ่งเน้นไปที่ methylations ดีเอ็นเอเห็นว่าพวกเขาสร้างขึ้นในช่วงวัยรุ่นและสืบเชื้อสายมาจากวัยชรา ในกรณีนี้, การขาด methylation ขัดขวางการทำงานของ RNA polymerase ซึ่งนำไปสู่การลดประสิทธิภาพในการทำงานของเซลล์ประสาท
ในฐานะที่เป็นโปรแกรมประยุกต์สำหรับการทำความเข้าใจเกี่ยวกับอายุมีการศึกษาที่ทำให้การใช้รูปแบบการ methylation ดีเอ็นเอในเซลล์เลือดเป็นตัวชี้วัดของอายุทางชีวภาพ บางครั้งอายุตามลำดับไม่ตรงกับอายุทางชีววิทยาและด้วยการใช้รูปแบบนี้เราสามารถทราบสถานะและอัตราการตายของผู้ป่วยได้อย่างเป็นรูปธรรมมากขึ้น
มะเร็งและพยาธิวิทยา
มะเร็งประกอบด้วยเซลล์ที่ด้วยเหตุผลบางประการที่ไม่ได้มีความเชี่ยวชาญในเนื้อเยื่อต้นกำเนิดและเริ่มทำงานเหมือนกับว่าเป็นเซลล์ที่ไม่แตกต่างกันโดยไม่ จำกัด การแพร่กระจายหรือย้ายไปยังเนื้อเยื่ออื่น ๆ
โดยเหตุผลเป็นเรื่องปกติที่จะคิดว่าการเปลี่ยนแปลงใน epigenome นั้นเป็นเรื่องปกติ อาจทำให้เซลล์กลายเป็นมะเร็งได้ โดยมีผลต่อการแสดงออกของยีน
ในดีเอ็นเอมีอยู่ ยีนที่เรียกว่า "suppressors มะเร็ง" ; ชื่อของตัวเองบ่งชี้ว่าหน้าที่ของมันคืออะไร ดีในบางกรณีของโรคมะเร็งได้รับการเห็นว่ายีนเหล่านี้จะ methylated เพื่อให้พวกเขายับยั้งการยีน
ขณะนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อศึกษาว่า epigenetics มีผลต่อรูปแบบอื่น ๆ ของ pathologies หรือไม่ มีหลักฐานที่บ่งชี้ว่ามีส่วนเกี่ยวข้องกับภาวะหลอดเลือดและโรคทางจิตบางประเภท
การประยุกต์ใช้ทางการแพทย์
อุตสาหกรรมยามีสายตาอยู่บน epigenome ซึ่งด้วยความกระปรี้กระเปร่าเป็นเป้าหมายที่เป็นไปได้สำหรับการรักษาในอนาคต พวกเขามีอยู่แล้วนำไปปฏิบัติ การรักษามะเร็งบางชนิด ส่วนใหญ่เป็นมะเร็งเม็ดเลือดขาวและมะเร็งต่อมน้ำเหลืองซึ่งยาเสพติดมีเป้าหมายในการทำ DNA methylation
ควรสังเกตว่ามีประสิทธิภาพตราบเท่าที่ต้นกำเนิดของโรคมะเร็งเป็น epigenetic และไม่เป็นเช่นโดยการกลายพันธุ์
อย่างไรก็ตามความท้าทายที่ใหญ่ที่สุดคือการได้รับข้อมูลทั้งหมดเกี่ยวกับ epigenome ของมนุษย์โดยวิธีการลำดับจีโนมมนุษย์ ด้วยความรู้ที่กว้างขึ้นในอนาคต คุณสามารถประดิษฐ์การรักษาส่วนบุคคลมากขึ้น และเป็นรายบุคคลเพื่อให้สามารถทราบความต้องการของเซลล์ของพื้นที่ที่ได้รับความเสียหายในผู้ป่วยเฉพาะราย
วิทยาศาสตร์ต้องการเวลามากขึ้น
Epigenetics เป็นสาขาวิชาที่ค่อนข้างใหม่ในการวิจัยและการศึกษาเพิ่มเติมเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้เข้าใจเรื่องมากขึ้น
สิ่งที่ต้องชัดเจนก็คือ epigenetics ประกอบด้วยกฎระเบียบเกี่ยวกับการแสดงออกทางพันธุกรรม ที่ไม่ปรับเปลี่ยนลำดับดีเอ็นเอ ไม่ใช่เรื่องผิดปกติที่พบการอ้างอิงที่ผิด ๆ กับ epigenetics ในกรณีที่เกิดการกลายพันธุ์เช่น
