Lancet, vodeći medicinski časopis, objavio je 2010. kritički članak o poremećaju pažnje i hiperaktivnosti (ADHD) i nasljeđu.

Autori ovog članka oštro su kritizirali činjenicu da farmaceuti i konzervativni liječnici namjerno i namjerno pogrešno komuniciraju s pacijentom kada je riječ o pojmu kao što je nasljedstvo. Ljudima se govori da je ova bolest nasljedna i stoga neizlječiva. Ideja iza ove strategije je razviti terapeutsku ovisnost koja je vrlo zgodna. farmaceutska industrija za prodaju lijekovi.

Zahvaljujući epigenetici, znamo da je ADHD epigenetska bolest. Drugim riječima, ADHD nije uzrokovan fatalnim nasljednim faktorom (greške u DNK), već reverzibilnom interakcijom gena s okolinom. To objašnjava činjenicu da odrasli i djeca sa sindromom hiperaktivnosti vide brzo poboljšanje svih simptoma kada im se promijeni prehrana.

Genetika je znanost koja opisuje nasljeđe na temelju nepovratnih grešaka u zapisu DNK.

epigenetika je znanost koja proučava utjecaj vanjskih čimbenika na funkcioniranje gena. Epigenetika proučava bit problema, posebice pogreške u reprodukciji (sintezi) proteina.

Nutrigenomika je specijalizacija iz epigenetike i proučava utjecaj prehrane na funkcioniranje gena.

Genetika i epigenetika tako imaju različite poglede na problem bolesnika. U genetici, pacijent je "žrtva" svoje bolesti, u tom slučaju možemo samo držati situaciju "pod kontrolom". Epigenetika se usredotočuje na uzročne čimbenike. To znači da kada se uvjeti promijene okoliš pacijent može povratiti kontrolu nad svojim zdravljem.

Genetske i epigenetske bolesti

Genetska bolest uzrokovana defektom jednog ili drugog gena odnosi se na monogenetske bolesti. To znači da je bolest uzrokovana jednim defektnim genom. Gen se sastoji od specifičnih kodova koje nazivamo DNK. U ovim kodovima mogu se pojaviti pogreške (mutacije). Jedna takva mutacija može ležati u korijenu nasljedne monogenetske bolesti.

Za razliku od genetskih bolesti, epigenetski poremećaji nisu uzrokovani mutacijom DNA, već su uzrokovani okolišnim čimbenicima kao što su: hrana, traumatsko iskustvo, prenatalni stres i razne kemikalije. U molekularnom smislu, svi ovi čimbenici okoliša mogu uključiti ili isključiti određene gene. Genetske bolesti(“pravopisne pogreške” u DNK zapisu) nalaze se u 0,5% svih nasljedne bolesti. Genetske bolesti obično su nepovratne (na primjer, Downov sindrom).

Epigenetske bolesti su abnormalnosti u funkcioniranju gena, u kojima DNA ostaje netaknuta. epigenetska bolest može nastati na dva načina.

1. Prvi način je kongenitalan (u maternici ili kada se nezdravi geni prenose od oca ili od majke).
2. Drugi način je stečeno stanje, u kojem netko, primjerice, nezdravim načinom života razvije dijabetes tipa 2. Drugi način odnosi se na utjecaje izvana - epigenetski čimbenik, na primjer, neuravnotežena prehrana ili uporaba droga. Ova kategorija također uključuje većinu mentalnih i kronična bolest, koji su obično reverzibilni. Čim osoba obnovi rad gena (primjerice odgovarajućom prehranom), simptomi nestaju.

Poremećaj pažnje s hiperaktivnošću (ADHD) - o korekciji sa stajališta integrativne medicine.

Materijali za obuku za proučavanje i primjenu u praksi:

Poremećaj pažnje s hiperaktivnošću (ADHD) - o korekciji sa stajališta integrativne medicine. pojedinosti
Oh, ta "nezgodna" djeca. pojedinosti
Zdravlje naše djece: Autizam, Teški metali, Sindrom hiperaktivnosti. pojedinosti

Zanimljiv članak? Lajkajte, komentirajte, podijelite s prijateljima!!!

Genetika sugerira, a epigenetika raspolaže.

Genetika sugerira, a epigenetika raspolaže. Zašto bi trudnice trebale uzimati folna kiselina?

Uvijek me pogađala jedna zanimljiva činjenica- zašto neki ljudi, tako revno pokušava voditi Zdrav stil životaživota, ne pušiti, spavati svaki dan propisani broj sati, jesti najsvježije i najviše prirodni proizvodi, jednom riječju, raditi sve ono o čemu liječnici i nutricionisti vole tako poučno govoriti, ponekad žive puno manje od okorjelih pušača ili kauča koji se više ne žele previše ograničavati u hrani? Možda liječnici samo pretjeruju?

Što se događa?

Stvar je u tome što stanice našeg tijela imaju pamćenje, a to je već dobro dokazana činjenica.

Naše stanice u svojim jezgrama sadrže isti skup gena - DNK odsječaka koji nose informacije o molekuli proteina ili RNK koja određuje razvojni put organizma u cjelini. Iako je molekula DNK najduža molekula u ljudsko tijelo, koji sadrži kompletne genetske informacije o pojedincu, ne rade svi dijelovi DNK jednako učinkovito. U svakoj određenoj ćeliji može raditi različitim područjima makromolekula, a većina ljudskih gena potpuno je neaktivna. Udio DNA gena koji kodiraju proteine ​​kod ljudi čini manje od 2% genoma i zapravo se smatraju nositeljima svih genetskih svojstava. Oni geni koji nose osnovne informacije o strukturi stanice samo su aktivni tijekom cijelog života stanice, ali niz drugih gena “radi” s prekidima, a njihov rad ovisi o mnogim čimbenicima i parametrima, uključujući i vanjske.

Ima dovoljno veliki broj nasljedne bolesti, među kojima se ističu genske bolesti - tzv. monogene bolesti koje nastaju oštećenjem DNK na genskoj razini - to su brojne bolesti metabolizma ugljikohidrata, lipida, steroida, purina i pirimidina, bilirubina, metala, vezivno tkivo i tako dalje. Poznato je da je sklonost pojedinoj bolesti često nasljedna, pa osoba može biti samo nositelj mutacije u strukturnim genima, a ne oboljeti od genetske bolesti.

Spomenik u blizini Instituta za citologiju i genetiku SB RAS, Akademgorodok, Novosibirsk

U ljudskom tijelu postoje posebni mehanizmi za kontrolu ekspresije gena i diferencijacije stanica koji ne utječu na samu strukturu DNK. „Regulatori“ se mogu nalaziti u genomu ili predstavljati posebne sustave u stanicama i kontrolirati rad gena ovisno o vanjskim i unutarnjim signalima različite prirode. Takvi procesi djelo su epigenetike, koja ostavlja traga i na superprosperitetnoj genetici, a potonja se na kraju možda i ne realizira. Drugim riječima, epigenetika daje objašnjenje kako okolišni čimbenici mogu utjecati na genotip "aktiviranjem" ili "deaktiviranjem" različitih gena. Nobelovac ing. biologije i medicine, Peter Medawar, čiji je obimni izraz stavljen u naslov članka, vrlo je precizno formulirao važnost utjecaja epigenetike na konačni rezultat.

Što je to i s čime se jede?

Epigenetika je vrlo mlada znanost: postoji manje od stotinu godina, što je, međutim, ne sprječava da bude u statusu jedne od najperspektivnijih disciplina prošlog desetljeća. Ovaj smjer je toliko popularan da se u posljednje vrijeme često pojavljuju bilješke o epigenetskim istraživanjima, kako u ozbiljnim znanstvenih časopisa, te u mjesečnicima za široki krug čitatelja.

Sam pojam pojavio se 1942. godine, a skovao ga je jedan od najpoznatijih biologa Maglovitog Albiona - Conrad Waddington. A ova osoba poznata je prije svega po tome što je upravo on postavio temelje interdisciplinarnog smjera, nazvanog 1993. godine terminom "sistemska biologija" i koji spaja biologiju i teoriju složenih sustava.

Conrad Hal Waddington (1905.-1975.)

U knjizi njemačkog neuroznanstvenika Petera Sporka “Čitanje između redova DNK” podrijetlo ovog pojma objašnjeno je na sljedeći način - Waddington je predložio naziv koji je bio nešto između samog pojma “genetika” i “epigeneze” koja je došla do nas iz Aristotelovih djela - tako kada je nazvana doktrina o sekvencijalnom embrionalnom razvoju organizma, tijekom kojeg se formiraju novi organi. Prijevod s grčkog epi" znači "na, iznad, iznad", epitenetika je kao nešto "iznad" genetike.
Epigenetika se isprva tretirala vrlo omalovažavajuće, što je naravno bilo rezultat nejasnih predodžbi o tome kako se različiti epigenetski signali mogu realizirati u tijelu i do kakvih posljedica mogu dovesti. U vrijeme objavljivanja radova Conrada Waddingtona znanstvenim su svijetom lebdjela raštrkana nagađanja, a okosnica same teorije još nije bila izgrađena.
Ubrzo se pokazalo da je jedan od epigenetskih signala u stanici metilacija DNA, odnosno dodavanje metilne skupine (-CH3) na citozinsku bazu u matrici DNA. Ispostavilo se da takva modifikacija DNA dovodi do smanjenja aktivnosti gena, jer ovaj proces može utjecati na razinu transkripcije. Od tog trenutka epigenetika je doživjela reinkarnaciju i konačno se pretvorila u punopravnu granu znanosti.
U 1980-ima objavljen je rad koji je pokazao da je metilacija DNK povezana s potiskivanjem - "utišavanjem" - gena. Ovaj fenomen se može uočiti kod svih eukariota osim kod kvasca. Naši su sunarodnjaci kasnije otkrili tkivnu i dobnu specifičnost metilacije DNA u eukariotskim organizmima, a pokazalo se i da enzimska modifikacija genoma može regulirati ekspresiju gena i diferencijaciju stanica. Nešto kasnije, dokazano je da se metilacija DNA može kontrolirati hormonima.
Profesor Moshe Zif (sa Sveučilišta McGill, Kanada) daje ovu figurativnu usporedbu: “Zamislimo gene u DNK kao rečenice sastavljene od slova nukleotida primljenih od roditelja. Zatim je metilacija poput rasporeda interpunkcijskih znakova, što može utjecati na značenje fraza, naglaske fraza, raščlanjivanje na odlomke. Zbog toga se sav taj "tekst" može različito čitati u različitim organima - srcu, mozgu i tako dalje. I, kao što sada znamo, postavljanje takvih "interpunkcijskih znakova" također ovisi o signalima koje primamo izvana. Očigledno, ovaj mehanizam pomaže da se fleksibilnije prilagodimo promjenjivim okolnostima vanjskog svijeta.”
Osim metilacije DNA, postoji niz epigenetskih signala različite prirode - demetilacija DNA, histonski kod (modifikacija histona - acetilacija, metilacija, fosforilacija i dr.), pozicioniranje kromatinskih elemenata, transkripcijska i translacijska represija gena malim RNA. Zanimljivo je da su neki od tih procesa međusobno povezani, pa čak i međuovisni - to pomaže u pouzdanom provođenju epigenetske kontrole nad selektivnim funkcioniranjem gena.

Pokušajmo razumjeti osnove

Prema Waddingtonu, epigenetika je "grana biologije koja proučava uzročne interakcije između gena i njihovih proizvoda koji tvore fenotip." Prema suvremenim konceptima, fenotip višestaničnih organizama rezultat je interakcije velikog broja genskih produkata u ontogenezi. Dakle, genotip organizma u razvoju zapravo je epigenotip. Rad epigenotipa prilično je čvrsto koordiniran i postavlja određeni smjer razvoja. Međutim, osim ovog smjera, koji u konačnici vodi do ostvarenja glavne linije fenotipa za populaciju (fenotip norme), postoje "staze" - subtrajektorije, zbog kojih se stabilna, ali različita od norme, fenotipska stanja shvatio. Tako se ostvaruje polivarijantnost ontogeneze.
Zanimljivo je razmišljati o činjenici da su sve stanice jedinke u razvoju inicijalno totipotentne, što znači da imaju isti potencijal za razvoj i sposobne su proizvesti bilo koju vrstu tjelesnih stanica. Tijekom vremena dolazi do diferencijacije, tijekom koje stanice dobivaju različita svojstva i funkcije, postajući neuroni, eritrociti, miociti i tako dalje. Divergencija svojstava nastaje zbog ekspresije različitih genskih obrazaca: u određenim fazama razvoja stanica prima posebne signale, na primjer, hormonalne prirode, koji provode jedan ili drugi epigenetski "put", što dovodi do diferencijacije stanica.
Conrad Waddington uveo je uspješnu metaforu - "epigenetski krajolik", zahvaljujući kojoj postaje jasan mehanizam utjecaja prirodnih i okolišnih čimbenika na razvoj mladog eukariotskog organizma. Proces ontogeneze je polje mogućnosti, a to je niz epigenetskih putanja duž kojih je položen put u razvoju jedinke od zigote do odrasle osobe. Svaka "ravnica" ovog krajolika postoji s razlogom - dovodi do nastanka tkiva ili organa, a ponekad i cijelog sustava ili dijela organizma. Putanje koje dobivaju prednost nazivaju se u Waddingtonovim djelima creods, a brežuljci i grebeni koji razdvajaju putanje nazivaju se repellers - "repulzori". 40-ih godina prošlog stoljeća znanstvenici nisu imali pojma o fizičkom modelu genoma, pa su Waddingtonovi prijedlozi bili prava revolucija.

Epigenetski krajolik prema Waddingtonu

Organizam u razvoju je lopta koja se može kotrljati prateći razne "varijacije" svog razvoja. Teren nameće određena ograničenja putanji lopte dok se spušta s brda. Čimbenik iz vanjskog okruženja može utjecati na promjenu kursa lopte i tako izazvati pad lopte u dublju šupljinu iz koje se ne može tako lako izvući.
Praznine između epigenetskih šupljina su kritične točke za mladi organizam, u kojima proces razvoja poprima jasne oblike, uključujući ovisno o čimbenicima okoliša. Prijelazi između spojnih dolina ukazuju na razvoj između velikih promjena, a padine dolina karakteriziraju brzinu tog procesa: blage doline znak su relativno stabilnih uvjeta, dok su strme padine znak brzih promjena. Istodobno, na prijelaznim točkama vanjski čimbenici uzrokuju više ozbiljne posljedice, dok u drugim područjima krajolika njihov utjecaj može biti zanemariv. Ljepota ideje o epigenetskom krajoliku leži u činjenici da dobro ilustrira jedno od načela razvoja: do istog rezultata možete doći na potpuno različite načine.

Kritične točke epigenetskog krajolika, analogija s loptom: 2 moguće putanje

Nakon što je epigenetska putanja izgrađena, stanice više ne mogu slobodno skrenuti sa svog razvojnog puta – tako nastaje eukariotski organizam iz zigote, jedne “početne” stanice, sa skupom stanica koje su potpuno različite po izgledu i funkcije. Dakle, epigenetsko nasljeđe je nasljeđivanje obrasca ekspresije gena.

Ilustracija za teoriju epigenetskog krajolika. Mogućnosti za razvoj događaja

Osim opisa morfogeneze pojedine jedinke, sasvim je moguće govoriti o epigenetskom krajoliku populacije, odnosno o predvidljivosti realiziranog fenotipa za pojedinu populaciju, uključujući relativnu učestalost mogućih varijabilnih svojstava.

Folna kiselina i nenasumične nesreće

Jedan od prvih demonstracijskih eksperimenata koji pokazuju da epigenetika doista "raspolaže" izveli su profesor Randy Jirtle i postdoc Robert Waterland sa Sveučilišta Duke, SAD. Oni su uveli agouti gen u normalne laboratorijske miševe. Agouti ili, kako ih još nazivaju, "južnoamerički zlatni zečevi" - rod sisavaca iz reda glodavaca, izvana sličan zamorci. Ovi glodavci imaju zlatnu dlaku, ponekad čak i narančastu nijansu. "Strani" gen integriran u genom miševa doveo je do činjenice da su laboratorijski miševi promijenili boju - dlaka im je požutjela. Međutim, agouti gen donio je miševima neke probleme: nakon njegovog uvođenja, životinje su stekle višak kilograma, kao i sklonost dijabetesu i raku. Takvi miševi donijeli su nezdravo potomstvo, s istim predispozicijama. Miševi su bili zlatni.

Slatki agouti (Dasyprocta aguti)

Međutim, eksperimentatori su ipak uspjeli "isključiti" loš gen bez pribjegavanja mijenjanju nukleotida DNA. Trudne ženke transgenih miševa stavljene su na posebnu dijetu obogaćenu folnom kiselinom, izvorom metilnih skupina. Kao rezultat toga, rođeni miševi više nisu bili zlatne, već prirodne boje.

Zašto je folna kiselina djelovala? Što je više metilnih skupina došlo iz hrane u embrij u razvoju, to su enzimi imali više prilika da kataliziraju dodavanje metilne skupine u embrionalnu DNK, što je deaktiviralo moguće djelovanje gen. Profesor Jirtle komentirao je svoj eksperiment i njegove rezultate: “Epigenetika dokazuje da smo odgovorni za integritet našeg genoma. Prije smo mislili da samo geni određuju tko smo. Danas pouzdano znamo da sve što radimo, sve što jedemo, pijemo ili pušimo utječe na izražavanje naših gena i gena budućih generacija. Epigenetika nam nudi novi koncept slobodnog izbora.”

Profesor Randy Jirtle i njegovi transgeni miševi

Ništa manje zanimljive rezultate nije postigao ni Michael Mini sa Sveučilišta McGill u Montrealu u Kanadi, promatrajući štakore kako podižu svoje potomke. Ako su mladunci štakora od rođenja stalno primali pažnju i brigu svoje majke, tada su odrasli mirnog karaktera i prilično inteligentni. Naprotiv, mladunčad štakora, čije su majke od samog početka ignorirale njihove potomke i malo se brinule o njima, odrastali su plašljivi i nervozni. Kako se pokazalo, razlog je ležao u epigenetskim čimbenicima: briga majki štakora za djecu kontrolirala je metilaciju gena koji su odgovorni za odgovor na stres receptore kortizola izražene u hipokampusu. U drugom eksperimentu, provedenom malo kasnije, isti su faktori razmatrani u odnosu na osobu. Eksperiment je proveden uz pomoć magnetske rezonancije i imao je za cilj utvrditi bilo kakav odnos između brige koju roditelji pružaju tijekom djetinjstvo i organizaciju mozga u cjelini. Pokazalo se da majčina briga igra ključnu ulogu u tom procesu. Odrasla osoba koja je u djetinjstvu patila od nedostatka majčine ljubavi i pažnje imala je manji hipokampus od osobe čije je djetinjstvo bilo uspješno. Hipokampus, kao organ limbičkog sustava mozga, izuzetno je multifunkcionalan i sličan je RAM-u računala: sudjeluje u formiranju emocija, određuje snagu pamćenja, sudjeluje u procesu pretvorbe kratkih terminsko pamćenje u dugoročno pamćenje, povezuje se sa zadržavanjem pažnje, odgovoran je za brzinu razmišljanja te, uz mnoge druge, određuje sklonost osobe nizu mentalna bolest uključujući posttraumatski stresni poremećaj.

Eric Nestler, profesor neuroznanosti na Friedman Brain Institute u Medicinski centar Mount Sinai, New York, SAD, proučavao je mehanizme depresije u pokusima s istim miševima. Mirni i prijateljski raspoloženi miševi smješteni su u kaveze s agresivnim pojedincima. Deset dana kasnije, nekoć sretni i mirni miševi pokazali su znakove depresije: izgubili su interes za ukusnu hranu, komunikaciju sa suprotnim spolom, postali su nemirni, a neki od njih čak su stalno jeli, debljajući se. Ponekad se pokazalo da je stanje depresije stabilno i da je potpuni oporavak moguć samo u slučaju liječenja antidepresivima. Istraživanje DNK stanica “sustava nagrađivanja” mozga miševa iz eksperimenta pokazalo je da je približno 2000 gena promijenilo obrazac epigenetske modifikacije, a kod njih 1200 povećan je stupanj metilacije histona, pri čemu je aktivnost gena potisnuta. Kako se pokazalo, slične epigenetske promjene pronađene su u DNK mozgova ljudi koji su umrli dok su bili u depresivnom stanju. Naravno, depresija je sama po sebi složen višeparametarski proces, ali, očito, može "isključiti" gene područja mozga koje je povezano s uživanjem u životu.

Ali uostalom, nisu svi ljudi osjetljivi na depresiju ... Ista stvar se dogodila s miševima - otprilike trećina glodavaca izbjegla je negativno stanje, u stresnoj situaciji, unatoč činjenici da je otpor bio prisutan na razini gena. Drugim riječima, tim miševima nedostaju karakteristične epigenetske promjene. Međutim, kod rezistentnih miševa, epigenetske promjene dogodile su se u drugim genima stanica u središtu moždanog "sustava nagrađivanja". Stoga je moguća alternativna epigenetska modifikacija koja djeluje zaštitnu funkciju, a otpornost na stres nije rezultat nepostojanja genetski uvjetovane sklonosti, već utjecaja epigenetskog programa koji je uključen radi zaštite i otpora traumatskim učincima na psihu.

Nestler je u svom izvješću također naveo sljedeće: “Otkrili smo da među “zaštitnim” genima koji su epigenetski modificirani kod miševa otpornih na stres, postoje mnogi čija se aktivnost vraća u normalu kod depresivnih glodavaca koji su liječeni antidepresivima. To znači da kod ljudi sklonih depresiji antidepresivi rade svoje tako što, između ostalog, pokreću zaštitne epigenetske programe koji prirodno djeluju kod otpornijih pojedinaca. U tom slučaju treba tražiti ne samo nove, snažnije antidepresive, već i tvari koje mobiliziraju obrambene sustave organizma.

Ako imate kutiju cigareta u džepu...

Ni za koga nije tajna da se u društvu povremeno rasplamsavaju ozbiljni sporovi vezani uz pitanje pušenja. Ljubitelji cigareta u džepu vole isticati da ova navika nije dokazano štetna, no epigenetika i tu odjednom stupa na scenu. Stvar je u tome što osoba ima važan gen p16 koji može inhibirati razvoj onkoloških tumora. Studije provedene u posljednjem desetljeću pokazuju da neke tvari sadržane u duhanski dim, prisiliti p16 da se isključi, što, naravno, ne vodi ničemu dobrom. Ali – evo što je zanimljivo! - nedostatak proteina, za čiju je proizvodnju odgovoran p16, - slavina za procese starenja. Znanstvenici iz Kine tvrde da je pravilnim i sigurnim gašenjem gena moguće odgoditi proces gubitka mišićna masa i zamućenje leće.

U normalno funkcionirajućoj, zdravoj i cjelovitoj stanici geni koji pokreću nastanak onkološkog tumora su neaktivni. To je zbog metilacije promotora (početnih "mjesta" za specifičnu transkripciju) ovih onkogena, zvanih CpG otoci. U DNA su dušične baze citozin (C) i gvanin (G) povezane fosforom, dok jedan otok može sadržavati i do nekoliko tisuća baza, a oko 70% promotora svih gena ima te otoke.

timin (crveni), Adenin (zeleni), Citozin (plavi), gvanin (crni) - mekanoigračke

Alkoholni acetaldehid, nusproizvod prerade etanola u ljudskom tijelu, poput nekih tvari koje se nalaze u duhanu, inhibira stvaranje metilnih skupina na DNK, što uključuje uspavane onkogene. Poznato je da se do 60% svih mutacija u zametnim stanicama događa upravo na CpG otocima, što remeti ispravnu epigenetsku regulaciju genoma. Metilne skupine u naše tijelo ulaze hranom, budući da ne proizvodimo ni folnu ni metioninsku aminokiselinu – bogate izvore CH3 skupina. Ako naša prehrana ne sadrži ove aminokiseline, tada je kršenje procesa metilacije DNA neizbježno.

Razvoj i planovi za budućnost

Posljednjih godina epigenetika je uspjela značajno napredovati u tehnologiji. U jednoj od recenzija Massachusetts Institute of Technology (SAD), epigenetika je navedena među deset najvažnijih tehnologija koje u bliskoj budućnosti mogu promijeniti svijet i pružiti najveći utjecaj na čovječanstvo.
Moshe Zif komentirao je trenutnu situaciju: „Za razliku od genetskih mutacija, epigenetske promjene su potencijalno reverzibilne. Mutirani gen se najvjerojatnije nikada neće moći vratiti u svoje normalno stanje. Jedino rješenje u ovoj situaciji je rezati ili deaktivirati ovaj gen u svim stanicama koje ga nose. Geni s poremećenim uzorkom metilacije, s promijenjenim epigenomom, mogu se vratiti u normalu, i to prilično jednostavno. Epigenetski lijekovi već postoje, kao što je 5-azacitidin (komercijalno poznat kao vidaza), koji je nemetilirani analog citidina, nukleozid DNA i RNA, koji umetanjem u DNA smanjuje razinu njezine metilacije. Ovaj lijek se sada koristi za mijelodisplastični sindrom, poznat i kao preleukemija."

Njemačka tvrtka Epigenomics već je objavila niz testova probira za dijagnosticiranje onkološka bolest na različite faze njegov razvoj epigenetskim promjenama u tijelu na temelju metilacije DNA. Tvrtka nastavlja svoja istraživanja u smjeru stvaranja testova za predispoziciju za različiti tipovi onkologije, s ciljem da "testiranje DNK metilacije postane rutinska praksa u kliničkom laboratoriju". U istom smjeru rade i druge tvrtke: Roshe Pharmaceuticals, MethylGene, NimbleGen, Sigma-Aldrich, Epigentek. Godine 2003. pokrenut je Projekt ljudskog epigenoma u sklopu kojeg su znanstvenici uspjeli dešifrirati varijabilne lokuse metilacije DNK na tri ljudska kromosoma: 6, 20 i 22.

Epigenetski mehanizmi uključeni u regulaciju ekspresije gena

Do danas je postalo jasno da proučavanje mehanizama "on-off" gena daje medicini puno više mogućnosti za razvoj nego genska terapija. Planirano je da će nam epigenetika u budućnosti moći govoriti o uzrocima i razvoju pojedinih bolesti s "genetičkom predrasudom" - na primjer, Alzheimerova bolest, Crohnova bolest, dijabetes, pomoći će u proučavanju mehanizama koji dovode do stvaranja onkoloških tumora, razvoja mentalnih poremećaja i tako dalje.

19. veljače 2015. u časopisu Nature objavljen je članak "Cell-of-origin chromatin organization shapes the mutational landscape of cancer". Skupina znanstvenika otkrila je da obrazac mutacija u stanica raka korelira sa strukturom kromatina. Što to znači? Puno stvari. Onkolozi često razvijaju tretmane za specifične vrste tumora, ali slabo identificiraju granice pojedinih slučajeva. Ako je svaka vrsta onkološkog tumora povezana s promijenjenom strukturom kromatina, tada postaje jasno da se ovaj ili onaj tumor razvio iz određene vrste stanica, a to će potpuno revolucionirati liječenje raka. U određivanju uzroka onkologije pomoći će takozvane epigenomske karte: tumorske stanice"živjeti" s mutacijama koje su raspoređene po DNK stanice.

Istražujući Alzheimerovu bolest, znanstvenici su odavno otkrili neke "genetske varijacije" povezane s tom bolešću. Oni su bili slabo proučavani zbog činjenice da su bili sadržani u dijelu genoma koji ne kodira proteine. Biolog Manolis Kellis s Instituta za tehnologiju u Massachusettsu, proučavajući epigenomske mape ljudskog i mišjeg mozga, došao je do zaključka da su te "varijacije" nekako povezane s imunološki sustav. “Općenito, ovo je ono što su mnogi u znanstvenoj zajednici intuitivno pretpostavili, - kaže Kellis, - ali zapravo, nitko ga nije pokazao na razini." Istraživanja su u tijeku.

Unatoč velikom broju radova posvećenih epigenetici, crnih rupa i bijelih mrlja u njoj još uvijek ima više nego dovoljno. Međunarodna organizacija pod nazivom The International Human Epigenome Consortium (http://ihec-epigenomes.org/) ima za cilj omogućiti slobodan pristup ljudskim epigenetskim materijalima za razvoj temeljnih i primijenjenih istraživanja u područjima povezanim s epigenetikom. Planovi uključuju prikaz više od 1000 tipova stanica, višegodišnje proučavanje promjena u epigenomu ljudi odabranih za testiranje, uz paralelno proučavanje utjecaja vanjskih čimbenika. “Ovaj posao će nas okupirati barem sljedećih desetljeća. Genom ne samo da je teško čitati, već je i sam proces dugotrajan.” - kaže Manolis Kellis.

Osim toga, na ovaj trenutak u tijeku su ozbiljni razvoji na polju alternativnih i učinkovite metode liječenje psihičkih poremećaja. Već se pokazalo da neki ljekovite tvari, štiteći acetilne skupine histona, inaktivirajući enzime koji uklanjaju acetilne skupine, imaju snažno antidepresivno djelovanje. Enzim histon deacetilaza, koji katalizira cijepanje, nalazi se u stanicama različitih područja mozga, u mnogim tkivima i organima, zbog čega lijek, zbog neselektivnog djelovanja, ima nuspojava. Istraživači istražuju mogućnost stvaranja takvih tvari koje bi inhibirale aktivnost samo histon deacetilaze u mozgu, koja je odgovorna za psihičko stanje osoba (nagradni centar). Ali nitko se ne trudi identificirati druge proteine ​​uključene u epigenetsku modifikaciju kromatina moždanih stanica, ili identificirati gene koji su epigenetski modificirani tijekom depresije (na primjer, one povezane sa sintezom receptora za specifične neurotransmitere ili signalne proteine ​​koji su uključeni u aktivaciji neurona). Takvo će istraživanje pokrenuti potragu ili sintezu lijekova koji mogu deaktivirati te određene gene ili njihove proizvode.

I konačno

“Pa, kako sad živiš? Voditi zdrav način života? Hitno se upišite u teretanu i preispitajte svoju prehranu? - veselim se što ću te pitati. Peter Spork u svojoj knjizi Reading Between the Lines of DNA na to odgovara s dozom humora. Kaže da će oštro i zauvijek izbrisati večeri na kauču iz svog života i nezdrava hrana ipak, ne isplati se, jer takav potres može dovesti do stresa, koji također može utjecati na epigenetiku. Glavno je da "štetnost" ne postane način života ili ukorijenjena navika. Epigenetika nam, poput svjetionika u olujnom moru života, pokazuje da naše tijelo ponekad prolazi kritična razdoblja razvoj, kada su epigeni osjetljivi na podražaje iz vanjskog okruženja. Zato žena koja čeka bebu svakako treba redovito uzimati folnu kiselinu i zaštititi se od stresa i negativnih situacija.

A. i drugi. Organizacija kromatina iz stanica oblikuje mutacijski krajolik raka. Nature 518, str. 360-364, 19. veljače 2015. http://biokemije.com

Upotreba epigenetskih studija širok raspon metode molekularne biologije, uključujući imunoprecipitaciju kromatina (razne modifikacije ChIP-on-chip i ChIP-Seq), in-situ hibridizaciju, restrikcijske enzime osjetljive na metilaciju, identifikaciju DNA adenin metiltransferaze (DamID), bisulfitno sekvenciranje. Osim toga, sve značajniju ulogu ima uporaba bioinformatičkih metoda (epigenetika potpomognuta računalom).

Enciklopedijski YouTube

1 / 5

Epigenetika. Priča molekularni biolog Boris Fjodorovič Vanjušin.

Što je epigenetika? - Carlos Guerrero Bosagna

Elena Grigorenko. Što proučava epigenetika?

Epigenetske oznake na DNK

Gordon - Dijalozi: Epigenetika

titlovi

Primjeri

Jedan primjer epigenetskih promjena u eukariota je proces stanične diferencijacije. Tijekom morfogeneze, pluripotentne matične stanice stvaraju različite pluripotentne stanične linije u embriju, koje zauzvrat daju potpuno diferencirane stanice. Drugim riječima, jedno oplođeno jajašce - zigota - diferencira se u Različite vrste stanice, uključujući: neurone, mišićne stanice, epitel, vaskularni endotel itd., višestrukim diobama. To se postiže aktiviranjem nekih gena dok se drugi istovremeno inhibiraju putem epigenetskih mehanizama.

Drugi primjer može se pokazati na poljskim miševima. U jesen, prije hladnoće, rađaju se s dužom i debljom dlakom nego u proljeće, iako se intrauterini razvoj "proljetnih" i "jesenskih" miševa odvija u pozadini gotovo istih uvjeta (temperatura, dnevno svjetlo, vlažnost zraka , itd.). Studije su pokazale da je signal koji pokreće epigenetske promjene koje dovode do povećanja duljine kose promjena gradijenta koncentracije melatonina u krvi (opada u proljeće i raste u jesen). Dakle, epigenetske adaptivne promjene (povećanje duljine kose) induciraju se i prije početka hladnog vremena, čija je prilagodba korisna za tijelo.

Etimologija i definicije

Termin "epigenetika" (kao i "epigenetski krajolik") predložio je Conrad Waddington ( Conrad Hal Waddington) 1942. godine, kao izvedenica riječi "genetika" i aristotelovske riječi "epigeneza". Kada je Waddington skovao taj pojam, fizička priroda gena nije bila u potpunosti poznata, pa ju je upotrijebio kao konceptualni model za interakciju gena sa svojom okolinom kako bi formirali fenotip.

Sličnost riječi "genetika" dovela je do mnogih analogija u korištenju pojma. "Epigenom" je analogan izrazu "genom" i definira ukupno epigenetsko stanje stanice. metafora" genetski kod također je prilagođen, a izraz "epigenetski kod" koristi se za opisivanje skupa epigenetskih značajki koje proizvode različite fenotipove u različitim stanicama. Izraz "epimutacija" široko se koristi, a odnosi se na promjenu normalnog epigenoma uzrokovanu sporadičnim čimbenicima, koji se prenose u više generacija stanica.

Molekularne osnove epigenetike

Molekularna osnova epigenetike prilično je složena jer ne utječe na primarnu strukturu DNK, već mijenja aktivnost određenih gena. To objašnjava zašto se u diferenciranim stanicama višestaničnog organizma eksprimiraju samo geni potrebni za njihovu specifičnu aktivnost. Značajka epigenetskih promjena je da se one čuvaju tijekom diobe stanica. Poznato je da se većina epigenetskih promjena manifestira samo tijekom života jednog organizma. Istodobno, ako je došlo do promjene DNK u spermiju ili jajnoj stanici, tada se neke epigenetske manifestacije mogu prenositi s jedne generacije na drugu.

DNA metilacija

Najbolje proučen epigenetski mehanizam do danas je metilacija citozinskih DNA baza. Intenzivna istraživanja uloge metilacije u regulaciji genetske ekspresije, uključujući i tijekom starenja, započela su 1970-ih pionirskim radom Borisa Fjodoroviča Vanjušina i Genadija Dmitrijeviča Berdiševa i sur. Proces metilacije DNA sastoji se u vezivanju metilne skupine za citozin kao dio CpG dinukleotida na C5 položaju citozinskog prstena.  Metilacija DNA je uglavnom karakteristična za eukariote. Kod ljudi je oko 1% genomske DNA metilirano. Tri enzima odgovorna su za proces metilacije DNA, a nazivaju se DNA metiltransferaze 1, 3a i 3b (DNMT1, DNMT3a i DNMT3b). Pretpostavlja se da su DNMT3a i DNMT3b de novo metiltransferaze, koje provode stvaranje profila metilacije DNA na rani stadiji razvoj, dok DNMT1 provodi metilaciju DNA u kasnijim fazama života organizma. Enzim DNMT1 ima visok afinitet za 5-metilcitozin. Kada DNMT1 pronađe "polu-metilirano mjesto" (mjesto gdje je citozin metiliran samo na jednom lancu DNK), on metilira citozin na drugom lancu na istom mjestu. Funkcija metilacije je aktiviranje/inaktiviranje gena. U većini slučajeva, metilacija promotorskih regija gena dovodi do supresije aktivnosti gena. Pokazalo se da čak i manje promjene u stupnju metilacije DNA mogu značajno promijeniti razinu genetske ekspresije.

Modifikacije histona

Iako se modifikacije aminokiselina u histonima događaju u čitavoj molekuli proteina, modifikacije N-repa se javljaju mnogo češće. Ove modifikacije uključuju: fosforilaciju, ubikvitilaciju, acetilaciju, metilaciju, sumoilaciju. Acetilacija je najproučavanija modifikacija histona. Prema tome, acetilacija lizina 14 i 9 histona H3 (H3K14ac odnosno H3K9ac) pomoću acetiltransferaze korelira s transkripcijskom aktivnošću u ovoj regiji kromosoma. To je zato što acetilacija lizina mijenja njegov pozitivni naboj u neutralni, što ga čini nemogućim da se veže na negativno nabijene fosfatne skupine u DNA. Kao rezultat toga, histoni se odvajaju od DNK, što dovodi do pričvršćivanja SWI/SNF kompleksa i drugih faktora transkripcije na golu DNK koja pokreće transkripciju. Ovo je "cis" model epigenetske regulacije.

Histoni mogu održati svoje modificirano stanje i djelovati kao predložak za modifikaciju novih histona koji se vežu na DNK nakon replikacije.

Remodeliranje kromatina

Epigenetski čimbenici utječu na aktivnost ekspresije pojedinih gena na više razina, što dovodi do promjene fenotipa stanice ili organizma. Jedan od mehanizama takvog utjecaja je remodeliranje kromatina. Kromatin je kompleks DNA s proteinima, prvenstveno s histonskim proteinima. Histoni tvore nukleosome, oko kojih je namotana DNA, što rezultira njezinim zbijanjem u jezgri. Intenzitet ekspresije gena ovisi o gustoći rasporeda nukleosoma u aktivno eksprimiranim regijama genoma. Kromatin bez nukleosoma naziva se otvoreni kromatin. Remodeliranje kromatina je proces aktivne promjene "gustoće" nukleosoma i afiniteta histona za DNA.

prioni

miRNA

Nedavno je veliku pozornost privuklo proučavanje uloge male nekodirajuće RNA (miRNA) u regulaciji genetske aktivnosti malih nekodirajućih RNA. MikroRNA mogu promijeniti stabilnost i translaciju mRNA komplementarnim vezanjem na 3'-netranslatiranu regiju mRNA.

Značenje

Epigenetsko nasljeđe u somatskim stanicama ima važnu ulogu u razvoju višestaničnog organizma. Genom svih stanica gotovo je isti, au isto vrijeme višestanični organizam sadrži različito diferencirane stanice koje na različite načine percipiraju signale iz okoline i obavljaju različite funkcije. Upravo epigenetski čimbenici osiguravaju "staničnu memoriju".

Lijek

I genetski i epigenetski fenomeni imaju značajan utjecaj na ljudsko zdravlje. Poznato je da se nekoliko bolesti javlja zbog abnormalne metilacije gena, kao i zbog hemizigotnosti za gen koji je podložan genomskom utisku. Trenutno se razvija epigenetska terapija za liječenje ovih bolesti utjecajem na epigenom i ispravljanjem poremećaja. Za mnoge organizme dokazan je odnos između aktivnosti acetilacije/deacetilacije histona i životnog vijeka. Možda ti isti procesi utječu na životni vijek ljudi.

Evolucija

Iako se epigenetika uglavnom razmatra u kontekstu somatske stanične memorije, postoji i niz transgenerativnih epigenetskih učinaka u kojima se genetske promjene prenose na potomstvo. Za razliku od mutacija, epigenetske promjene su reverzibilne i moguće usmjerene (adaptivne). Budući da većina njih nestane nakon nekoliko generacija, mogu biti samo privremene prilagodbe. Također se aktivno raspravlja o mogućnosti utjecaja epigenetike na učestalost mutacija u pojedinom genu genomskim imprintingom, fenomenom u kojem aleli gena imaju različit profil metilacije ovisno o spolu roditelja od kojeg su dobiveni. Najpoznatiji slučajevi bolesti povezanih s imprintingom su Angelmanov sindrom i Prader-Willijev sindrom. Razlog za razvoj oba je djelomična delecija u 15q regiji. To je zbog prisutnosti genomskog otiskivanja na ovom mjestu.

Transgenerativni epigenetski učinci

Marcus Pembry ( Marcus Pembrey) et al. otkrili su da su unuci (ali ne i unuke) muškaraca koji su bili skloni gladi u Švedskoj u 19. stoljeću bili manje skloni kardiovaskularne bolesti, ali su osjetljiviji na dijabetes, što je, prema autoru, primjer epigenetskog nasljeđa.

Rak i poremećaji u razvoju

Mnoge tvari imaju svojstva epigenetskih karcinogena: dovode do povećanja učestalosti tumora bez pokazivanja mutagenog učinka (primjerice, dietilstilbestrol arsenit, heksaklorobenzen, spojevi nikla). Mnogi teratogeni, posebice dietilstilbestrol, imaju specifičan učinak na fetus na epigenetskoj razini.

Promjene u acetilaciji histona i metilaciji DNA dovode do razvoja raka prostate mijenjanjem aktivnosti različitih gena. Na aktivnost gena kod raka prostate može utjecati prehrana i način života.

Godine 2008 Zemaljski institut Američko zdravstvo objavilo je da će 190 milijuna dolara biti potrošeno na epigenetička istraživanja u sljedećih 5 godina. Prema nekim od istraživača koji su predvodili financiranje, epigenetika bi mogla igrati veću ulogu od genetike u liječenju ljudskih bolesti.

Znanost

Što ako bi vaša današnja odluka da pojedete još jednu vrećicu čipsa ili popušite još jednu cigaretu mogla utjecati ne samo na vaše zdravlje, već i na zdravlje vaše djece? Štoviše, što ako vaš stil života utječe na zdravlje vaše djece, vaših unuka i praunuka? Kako se pokazalo, o našim svakodnevnim izborima ovisi puno više nego što smo zamišljali.

Tradicionalno stajalište o DNK je da se ona izražava kroz naše gene, koji nam pomažu da preživimo, razmnožavamo se, razvijamo, a također da je DNK konstanta koju je priroda postavila tijekom mnogih tisućljeća. Sada se, međutim, čini da uvjeti okoline kao što su stres, prehrana i okoliš imaju utjecaj na to kako se ponaša ne samo naš DNK, već i DNK naše djece, čak i ako su još u razvoju.

Sve to pripada relativno novoj znanosti koja se zove epigenetika. U nastavku donosimo pogled na pet najznačajnijih otkrića epigenetike i što ona znače za naše zdravlje.

5. Što DNK može učiniti važnije je od njezine strukture

DNK je važna struktura, ali nije odgovorna za sve. Slične nadzorne funkcije pripadaju epigenomu. Kao što je opisao John Cloud, epigenom preuzima uzde na vrhu genoma i govori svakom genu da radi ili ne preko epigenetskih markera. To je osnova epigenetike, proučavanja promjena u ponašanju naših gena koje se mogu prenijeti bez promjene našeg genetskog koda. Potencijalno, to znači da naše tijelo može imati biološke odgovore na uvjete okoliša koji pozitivno ili negativno utječu na naše zdravlje bez promjene naše DNK.

Na primjer, Cloud predlaže ilustriranje epigenetike promatranjem blizanaca koji imaju identičan genetski materijal. Zašto onda blizanci ne boluju od istih bolesti, kao što je, na primjer, astma ili mentalni poremećaji? Ima li epigenetika ulogu u ovom slučaju? To su pitanja kojima se znanost trenutno bavi. Osim toga, istraživači ispituju postoje li lijekovi ili metode koje se mogu koristiti bolja strana promijeniti genetsko ponašanje.

4. Kada je riječ o progresiji bolesti, epigenetika daje ton

Dobro je što možemo koristiti DNK kao žrtvenog jarca, ali postoje i drugi čimbenici koji povećavaju naše šanse za razvoj određene bolesti, uključujući: ekološki problemi, loša prehrana, društvene interakcije i izloženost okolišu koji potiču epigenetske promjene.

Kako Sarah Baldauf, epigenetičarka, ističe, ekspresija epigenetskih promjena kasnije u životu može biti odgovorna za bolesti povezane sa starenjem kao što je Alzheimerova bolest. "Kako starimo, naši geni postaju stariji, pa se mogu jednostavno ugasiti, što dovodi do bolesti", kaže ona. Što to znači? Istraživači se nadaju da će razviti lijekove koji će potaknuti epigenetske promjene i koji će nas zaštititi ili zaustaviti bolest.

Dalje daje jedan primjer rada istraživačkog tima koji je pronašao epigenetske promjene kod miševa koje su dovele do razvoja lupusa kod glodavaca. Ipak, uspjeli su u potpunosti izliječiti miševe kreiranjem lijeka koji je uzrokovao epigenetske promjene.

3. Epigenetika je usko povezana s razvojem raka

Prethodno bolesti raka već su uključeni u popis potencijalnih bolesti povezanih s epigenetskim promjenama. Ova tema zaslužuje daljnju raspravu zbog vjerojatnosti njezine bliske povezanosti sa znanošću.

Istraživači razmatraju mogućnost da promjene u epigenomu uzrokuju rast tumora. Prije nekog vremena stručnjaci su vjerovali da je rak uzrokovan ili mutacijama zbog kojih nas naše stanice više ne štite ili gubitkom te zaštite kada se stanice dijele. To je istina, ali postoji i treći razlog. Tumori mogu rasti jer dobre stanice s izvrsnom obranom primaju epigenetski signal da ne rade svoj posao. Uz pomoć lijekova, pa čak i promjena načina života, možda ćemo moći promijeniti epigenetsko ponašanje u budućnosti i vratiti ove zaštitne stanice na rad.

Nedavna konferencija Američkog instituta za istraživanje raka ispitivala je vezu između epigenetike i raka. Na primjer, jedan od stručnjaka Roderick Dashwood (Roderick Dashwood) opisao je studiju koja je pokazala da je uz pomoć određenih namirnica, poput brokule, moguće "isključiti" rad posebnih proteina koji se razvijaju u ljudskom tijelu uz s rakom i ne dopuštaju stanicama da umru prirodnim putem.

2. Prenatalna skrb neophodna je za praćenje epigenetskih promjena

Što se događa ako je gravidna štakorica izložena insekticidima i fungicidima? Hoće li to utjecati na njezino potomstvo? Svakako da. Tijekom istraživanja došlo je do epigenetskih promjena tijekom takve izloženosti, što je dovelo do porasta slučajeva muška neplodnost ili pridonio vrlo slaboj proizvodnji sperme. Štoviše, ove epigenetske promjene trajale su sljedeće četiri (!) generacije. Stoga je prenatalna skrb ključ zdravlja naših potomaka i budućih generacija.

Dakle, ako je prenatalna skrb važna, postoji li određeno razdoblje trudnoće tijekom kojeg je potrebno posebno praćenje? Izgleda tako. Studija Sveučilišta Columbia povezuje pothranjenost tijekom trudnoće s negativne posljedice za zdravlje djeteta tijekom cijelog života. No, još je intrigantnija bila činjenica da je pothranjenost posebno opasna u prvih 10 tjedana trudnoće.

1. Epigenetika se ne bavi samo ekologijom, već i društvenim interakcijama.

Kada je u pitanju epigenetika, brojanje koliko puta dnevno zagrlite svoju bebu poprima sasvim drugo značenje. Čini se da su epigenetske promjene također povezane s društvenim interakcijama i interakcijama u ponašanju.

Jedno je istraživanje pokazalo da način na koji se štakor brine za svoje mladunce utječe na buduće ponašanje mladunaca i njihove epigenetske markere. Štoviše, istraživački tim je pokazao da nedostatak njege može popuniti uz pomoć posebnih lijekova, čime se mijenja epigenetska pozadina.

Što se tiče ljudi, kada se u njihovim životima dogode stresne situacije, one također ostavljaju trag na ponašanju našeg genoma. Osim toga, epigenetske promjene traju čak i nakon što hormon stresa napusti naše tijelo.

Sekvencioniranje DNK ljudskog genoma i genoma mnogih modelnih organizama izazvalo je značajno uzbuđenje u biomedicinskoj zajednici i široj javnosti u posljednjih nekoliko godina. Ovi genetski nacrti, koji pokazuju općeprihvaćena pravila Mendelovog nasljeđivanja, sada su lako dostupni za pažljivu analizu, otvarajući vrata dubljem razumijevanju ljudske biologije i bolesti. Ovo znanje također stvara nove nade za nove strategije liječenja. Međutim, mnoga temeljna pitanja ostaju bez odgovora. Na primjer, kako funkcionira normalan razvoj kada svaka stanica ima iste genetske informacije, a ipak slijedi svoj vlastiti razvojni put s visokom vremenskom i prostornom preciznošću? Kako stanica odlučuje kada će se dijeliti i diferencirati, a kada će zadržati svoj stanični identitet nepromijenjenim, reagirajući i manifestirajući se u skladu sa svojim normalnim razvojnim programom? Pogreške koje se javljaju u gore navedenim procesima mogu dovesti do bolesti kao što je rak. Jesu li te pogreške kodirane u pogrešnim nacrtima koje nasljeđujemo od jednog ili oba roditelja ili postoje drugi slojevi regulatornih informacija koji nisu ispravno pročitani i dekodirani?

Kod ljudi je genetska informacija (DNK) organizirana u 23 para kromosoma, koji se sastoje od približno 25 000 gena. Ti se kromosomi mogu usporediti s knjižnicama koje sadrže različite skupove knjiga koje zajedno daju upute za razvoj cijelog ljudskog organizma. Nukleotidni slijed DNA našeg genoma sastoji se od približno (3 x 10 na 9) baza, skraćenih u ovom nizu s četiri slova A, C, G i T, koje tvore određene riječi (geni), rečenice, poglavlja i knjige. Međutim, ono što nalaže točno kada i kojim redoslijedom treba čitati ove različite knjige ostaje daleko od jasnog. Odgovor na ovaj izvanredni izazov vjerojatno je otkriti kako su stanični događaji koordinirani tijekom normalnog i abnormalnog razvoja.

Ako zbrojite sve kromosome, molekula DNA u višim eukariotima duga je oko 2 metra i stoga mora biti kondenzirana što je više moguće - oko 10 000 puta - kako bi stala u staničnu jezgru - odjeljak stanice koji pohranjuje naše genetski materijal. Namotavanje DNK na "bobine" proteina, takozvanih histonskih proteina, pruža elegantno rješenje za ovaj problem pakiranja i stvara polimer u kojem se protein:DNK kompleksi ponavljaju, poznat kao kromatin. Međutim, u procesu pakiranja DNK kako bi bolje odgovarala ograničenom prostoru, zadatak postaje teži - otprilike na isti način kao kada se slaže previše knjiga na policama knjižnice: postaje sve teže pronaći i pročitati knjigu izbor, pa stoga postaje neophodan sustav indeksiranja.

Takvo indeksiranje osigurava kromatin kao platforma za organiziranje genoma. Kromatin nije homogen u svojoj strukturi; nastupa u razne forme pakiranje u rasponu od fibrila visoko kondenziranog kromatina (poznatog kao heterokromatin) do manje kompaktnog oblika gdje se geni normalno eksprimiraju (poznatog kao eukromatin). Promjene se mogu unijeti u polimer kromatina u jezgri ugradnjom neobičnih proteina histona (poznatih kao varijante histona), promijenjenih struktura kromatina (poznatih kao remodeliranje kromatina) i dodavanjem kemijskih oznaka samim proteinima histona (poznatih kao kovalentne modifikacije). Štoviše, dodavanje metilne skupine izravno na citozinsku bazu (C) u šablonu DNA (poznato kao metilacija DNA) može stvoriti mjesta vezanja proteina za promjenu stanja kromatina ili utjecati na kovalentnu modifikaciju rezidentnih histona.

Nedavni podaci pokazuju da nekodirajuće RNA mogu "usmjeriti" prijelaz specijaliziranih regija genoma u kompaktnija stanja kromatina. Prema tome, kromatin treba promatrati kao dinamički polimer koji može indeksirati genom i pojačati signale iz vanjskog okruženja, u konačnici određujući koji se geni trebaju, a koji ne trebaju eksprimirati.

Uzete zajedno, ove regulacijske sposobnosti daju kromatinu neku vrstu početka organiziranja genoma, što je poznato kao "epigenetika". U nekim slučajevima, otkriveno je da se obrasci epigenetskog indeksiranja nasljeđuju tijekom staničnih dioba, čime se osigurava stanična "memorija" koja može proširiti potencijal za naslijeđene informacije sadržane u genetskom (DNK) kodu. Dakle, u užem smislu riječi, epigenetika se može definirati kao promjene u transkripciji gena zbog modulacija kromatina koje nisu rezultat promjena u slijedu nukleotida DNA.

Ovaj pregled predstavlja glavne koncepte povezane s kromatinom i epigenetikom i raspravlja o tome kako nam epigenetska kontrola može dati ključ za rješavanje nekih dugotrajnih misterija kao što su identitet stanice, rast tumora, plastičnost matičnih stanica, regeneracija i starenje. Dok čitatelji "gaze" kroz sljedeća poglavlja, savjetujemo im da obrate pozornost na širok raspon eksperimentalnih modela za koje se čini da imaju epigenetsku (ne-DNK) osnovu. Izraženo mehaničkim terminima, razumijevanje načina na koji epigenetika funkcionira vjerojatno će imati važne i dalekosežne implikacije na ljudsku biologiju i bolesti u ovoj "postgenomskoj" eri.