The Lancet ซึ่งเป็นวารสารทางการแพทย์ชั้นนำ ตีพิมพ์บทความเชิงวิพากษ์ในปี 2010 เกี่ยวกับโรคสมาธิสั้น (ADHD) และการถ่ายทอดทางพันธุกรรม

ผู้เขียนบทความนี้วิพากษ์วิจารณ์อย่างรุนแรงถึงความจริงที่ว่าเภสัชกรและแพทย์อนุรักษ์นิยมจงใจและจงใจสื่อสารกับผู้ป่วยผิด ๆ เมื่อพูดถึงคำว่าพันธุกรรม มีคนบอกว่าโรคนี้เป็นกรรมพันธุ์ดังนั้นจึงรักษาไม่หาย แนวคิดเบื้องหลังกลยุทธ์นี้คือการพัฒนาการพึ่งพาการรักษาซึ่งสะดวกมาก อุตสาหกรรมยาขาย ยา.

ต้องขอบคุณอีพิเจเนติกส์ ที่ทำให้เรารู้ว่า ADHD เป็นโรคอีพิเจเนติกส์ กล่าวอีกนัยหนึ่ง ADHD ไม่ได้เกิดจากปัจจัยทางพันธุกรรมที่ร้ายแรง (ข้อผิดพลาดใน DNA) แต่เกิดจากปฏิสัมพันธ์ของยีนที่สามารถย้อนกลับได้กับสภาพแวดล้อมของพวกเขา สิ่งนี้อธิบายความจริงที่ว่าผู้ใหญ่และเด็กที่เป็นโรคสมาธิสั้นจะมีอาการดีขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อเปลี่ยนอาหาร

พันธุศาสตร์- วิทยาศาสตร์ที่อธิบายพันธุกรรมโดยอาศัยข้อผิดพลาดที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ในการบันทึก DNA

อีพีเจเนติกส์เป็นศาสตร์ที่ศึกษาอิทธิพลของปัจจัยภายนอกต่อการทำงานของยีน อีพิเจเนติกส์ศึกษาแก่นแท้ของปัญหา โดยเฉพาะอย่างยิ่งข้อผิดพลาดในการสืบพันธุ์ (การสังเคราะห์) โปรตีน

โภชนพันธุศาสตร์เป็นผู้เชี่ยวชาญด้านอีพีเจเนติกส์และศึกษาอิทธิพลของโภชนาการต่อการทำงานของยีน

พันธุศาสตร์และอีพีเจเนติกส์จึงมีมุมมองที่แตกต่างกันเกี่ยวกับปัญหาของผู้ป่วย ในทางพันธุศาสตร์ ผู้ป่วยคือ "เหยื่อ" ของการเจ็บป่วยของเขา ในกรณีนี้ เราทำได้เพียงรักษาสถานการณ์ให้ "อยู่ภายใต้การควบคุม" เท่านั้น Epigenetics มุ่งเน้นไปที่ ปัจจัยเชิงสาเหตุ- ซึ่งหมายความว่าเมื่อเงื่อนไขเปลี่ยนแปลง สิ่งแวดล้อมผู้ป่วยสามารถควบคุมสุขภาพของตนเองได้อีกครั้ง

โรคทางพันธุกรรมและอีพีเจเนติกส์

โรคทางพันธุกรรมที่เกิดจากความบกพร่องในยีนใดยีนหนึ่งจัดเป็นโรคที่เกิดจากยีนเดี่ยว ซึ่งหมายความว่าโรคนี้เกิดจากยีนที่ผิดปกติเพียงตัวเดียว ยีนประกอบด้วยรหัสเฉพาะที่เราเรียกว่า DNA ข้อผิดพลาด (การกลายพันธุ์) อาจเกิดขึ้นในรหัสเหล่านี้ การกลายพันธุ์อย่างหนึ่งอาจอยู่ที่ต้นตอของโรคโมโนเจเนติกส์ที่สืบทอดมา

ความผิดปกติของอีพิเจเนติกส์ไม่ได้เกิดจากการกลายพันธุ์ของ DNA ซึ่งแตกต่างจากโรคทางพันธุกรรม แต่เกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม เช่น อาหาร ประสบการณ์ที่กระทบกระเทือนจิตใจ ความเครียดก่อนคลอด และสารเคมีต่างๆ ในแง่โมเลกุล ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมทั้งหมดนี้สามารถปิดหรือเปิดยีนจำเพาะได้ โรคทางพันธุกรรม(“การสะกดผิด” ในบันทึก DNA) เกิดขึ้นใน 0.5% ของทั้งหมด โรคทางพันธุกรรม- โรคทางพันธุกรรมมักไม่สามารถรักษาให้หายขาดได้ (เช่น ดาวน์ซินโดรม)

โรคอีพิเจเนติกส์เป็นความผิดปกติในการทำงานของยีนซึ่ง DNA ยังคงอยู่ครบถ้วน โรคอีพีเจเนติกส์สามารถเกิดขึ้นได้สองวิธี

1. วิธีแรกเป็นกรรมพันธุ์ (ในครรภ์หรือเมื่อมีการถ่ายทอดยีนที่ไม่แข็งแรงจากพ่อหรือแม่)
2. วิธีที่สองคือภาวะที่ได้มาซึ่งบางคนอาจพัฒนาโรคเบาหวานประเภท 2 เนื่องจากวิถีชีวิตที่ไม่ดีต่อสุขภาพ วิธีที่สองเกี่ยวข้องกับอิทธิพลภายนอก - ปัจจัยอีพีเจเนติกส์ เช่น การรับประทานอาหารที่ไม่สมดุลหรือการใช้ยา หมวดหมู่นี้ยังรวมถึงจิตใจส่วนใหญ่และ โรคเรื้อรังซึ่งโดยปกติจะพลิกกลับได้ เมื่อบุคคลฟื้นฟูการทำงานของยีน (เช่น โดยการรับประทานอาหารที่เหมาะสม) อาการต่างๆ จะหายไป

โรคสมาธิสั้น (ADHD) - เกี่ยวกับการแก้ไขจากมุมมองของการแพทย์บูรณาการ

สื่อการศึกษาเพื่อการศึกษาและการประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติ:

โรคสมาธิสั้น (ADHD) - เกี่ยวกับการแก้ไขจากมุมมองของการแพทย์บูรณาการ รายละเอียด
โอ้เด็กที่ "ไม่สะดวก" เหล่านี้ รายละเอียด
สุขภาพของลูกของเรา: ออทิสติก โลหะหนัก กลุ่มอาการสมาธิสั้น รายละเอียด

บทความที่น่าสนใจ? ไลค์ เขียนคอมเมนต์ แบ่งปันให้เพื่อนๆ!!!

พันธุศาสตร์แนะนำ แต่อีพิเจเนติกส์กำจัดทิ้ง

พันธุศาสตร์แนะนำ แต่อีพิเจเนติกส์กำจัดทิ้ง เหตุใดสตรีมีครรภ์จึงควรรับประทาน กรดโฟลิก?

ฉันประหลาดใจอยู่เสมอโดยคนหนึ่ง ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจ- ทำไมบางคนถึงพยายามเป็นผู้นำอย่างกระตือรือร้น ภาพลักษณ์ที่ดีต่อสุขภาพใช้ชีวิต ไม่สูบบุหรี่ นอนตามจำนวนชั่วโมงที่กำหนดทุกวัน กินให้สดที่สุดและมากที่สุด ผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติกล่าวง่ายๆ ก็คือ ทำทุกอย่างที่แพทย์และนักโภชนาการชอบพูดคุยอย่างมีสติ บางครั้งพวกเขาก็ใช้ชีวิตน้อยกว่าผู้สูบบุหรี่จัดหรือคนชอบกินมันฝรั่งที่ไม่ชอบจำกัดตัวเองในเรื่องอาหารมากเกินไป บางทีหมออาจจะพูดเกินจริงไปหรือเปล่า?

เกิดอะไรขึ้น?

ประเด็นทั้งหมดก็คือเซลล์ในร่างกายของเรามีความทรงจำ และนี่เป็นข้อเท็จจริงที่ได้รับการพิสูจน์แล้วอย่างสมบูรณ์

เซลล์ของเรามีนิวเคลียสของยีนชุดเดียวกัน - ส่วนของ DNA ที่มีข้อมูลเกี่ยวกับโปรตีนหรือโมเลกุล RNA ที่กำหนดเส้นทางการพัฒนาของสิ่งมีชีวิตโดยรวม แม้ว่าโมเลกุล DNA จะเป็นโมเลกุลที่ยาวที่สุดใน ร่างกายมนุษย์ซึ่งมีข้อมูลทางพันธุกรรมที่สมบูรณ์เกี่ยวกับแต่ละบุคคล ไม่ใช่ทุกส่วนของ DNA ที่จะมีประสิทธิภาพเท่าเทียมกัน ในแต่ละเซลล์สามารถทำงานได้ พื้นที่ที่แตกต่างกันโมเลกุลขนาดใหญ่ และยีนของมนุษย์ส่วนใหญ่ไม่ทำงานโดยสิ้นเชิง ยีน DNA ที่เข้ารหัสโปรตีนมีสัดส่วนน้อยกว่า 2% ของจีโนมมนุษย์ แต่พวกมันถือเป็นพาหะของลักษณะทางพันธุกรรมทั้งหมด ยีนเหล่านั้นที่นำข้อมูลพื้นฐานเกี่ยวกับโครงสร้างของเซลล์จะทำงานไปตลอดชีวิตของเซลล์ แต่ยีนอื่นๆ จำนวนหนึ่ง "ทำงาน" ไม่สม่ำเสมอ และการทำงานของพวกมันขึ้นอยู่กับปัจจัยและพารามิเตอร์หลายอย่าง รวมถึงปัจจัยภายนอกด้วย

มีเพียงพอ จำนวนมากโรคทางพันธุกรรมซึ่งโรคของยีนมีความโดดเด่น - โรคที่เรียกว่า monogenic ที่เกิดขึ้นเมื่อ DNA ได้รับความเสียหายในระดับยีน - นี่คือโรคต่าง ๆ ของการเผาผลาญคาร์โบไฮเดรต, ไขมัน, สเตียรอยด์, พิวรีนและไพริมิดีน, บิลิรูบิน, โลหะ เนื้อเยื่อเกี่ยวพันและอื่น ๆ เป็นที่ทราบกันดีว่าความโน้มเอียงต่อโรคใดโรคหนึ่งมักได้รับการถ่ายทอดทางพันธุกรรม ดังนั้นบุคคลจึงสามารถเป็นพาหะของการกลายพันธุ์ในยีนโครงสร้างเท่านั้นและไม่ต้องทนทุกข์ทรมานจากโรคทางพันธุกรรม

อนุสาวรีย์ใกล้สถาบันเซลล์วิทยาและพันธุศาสตร์ SB RAS, Akademgorodok, Novosibirsk

ในร่างกายมนุษย์มีกลไกพิเศษในการควบคุมการแสดงออกของยีนและการสร้างความแตกต่างของเซลล์ที่ไม่ส่งผลกระทบต่อโครงสร้าง DNA เอง “ตัวควบคุม” อาจอยู่ในจีโนมหรือเป็นตัวแทนของระบบพิเศษในเซลล์และควบคุมการทำงานของยีน ขึ้นอยู่กับสัญญาณภายนอกและภายในที่มีลักษณะต่างๆ กระบวนการดังกล่าวเป็นงานของอีพีเจเนติกส์ ซึ่งทิ้งร่องรอยไว้แม้กระทั่งบนพันธุกรรมที่เจริญรุ่งเรืองอย่างยิ่ง และอย่างหลังก็อาจไม่เกิดขึ้นจริงในท้ายที่สุด กล่าวอีกนัยหนึ่ง อีพีเจเนติกส์อธิบายว่าปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมสามารถมีอิทธิพลต่อจีโนไทป์ได้อย่างไรโดยการ "เปิดใช้งาน" หรือ "ปิดใช้งาน" ยีนต่างๆ ผู้ได้รับรางวัลโนเบลในสาขาชีววิทยาและการแพทย์ Peter Medawar ซึ่งมีการแสดงออกที่กระชับรวมอยู่ในชื่อบทความได้กำหนดความสำคัญของอิทธิพลของ epigenetics ต่อผลลัพธ์สุดท้ายอย่างแม่นยำมาก

มันคืออะไรและกินกับอะไร?

อีพิเจเนติกส์เป็นวิทยาศาสตร์ที่ยังใหม่มาก การดำรงอยู่ของมันมีอายุไม่ถึงร้อยปีด้วยซ้ำ ซึ่งไม่ได้ขัดขวางไม่ให้เป็นหนึ่งในสาขาวิชาที่มีแนวโน้มมากที่สุดในทศวรรษที่ผ่านมา ทิศทางนี้ได้รับความนิยมมากจนมีบันทึกเกี่ยวกับการวิจัย epigenetic ปรากฏค่อนข้างบ่อยเมื่อเร็ว ๆ นี้ทั้งในระดับร้ายแรง วารสารวิทยาศาสตร์และนิตยสารรายเดือนสำหรับผู้อ่านที่หลากหลาย

คำนี้ปรากฏในปี 1942 และได้รับการประกาศเกียรติคุณจาก Conrad Waddington นักชีววิทยาที่มีชื่อเสียงที่สุดคนหนึ่งของ Foggy Albion และชายคนนี้เป็นที่รู้จักกันดีในเบื้องต้นว่าเขาเป็นผู้วางรากฐานของทิศทางสหวิทยาการซึ่งเรียกว่าในปี 1993 คำว่า "ชีววิทยาของระบบ" และผสมผสานชีววิทยาเข้ากับทฤษฎีของระบบที่ซับซ้อนเข้าด้วยกัน

คอนราด ฮัล วัดดิงตัน (1905-1975)

ในหนังสือของนักประสาทชีววิทยาชาวเยอรมัน Peter Sporck เรื่อง "การอ่านระหว่างสายของ DNA" ที่มาของคำนี้อธิบายได้ดังนี้ - Waddington เสนอชื่อที่อยู่ระหว่างคำว่า "พันธุศาสตร์" และ "epigenesis" ซึ่งมา ถึงเราจากผลงานของอริสโตเติล - ดังนั้นเมื่อใด - หลักคำสอนของการพัฒนาตัวอ่อนตามลำดับของสิ่งมีชีวิตในระหว่างที่การก่อตัวของอวัยวะใหม่เกิดขึ้นถูกตั้งชื่อ แปลจากภาษากรีก " เอพิ“หมายถึง “บน ข้างบน ด้านบน” เอพิเทเนติกส์ก็เหมือนกับพันธุกรรมที่ “อยู่เหนือ”
ในตอนแรก อีพีเจเนติกส์ได้รับการปฏิบัติอย่างไม่ใส่ใจ ซึ่งแน่นอนว่าเป็นผลมาจากความคิดที่ไม่ชัดเจนเกี่ยวกับวิธีการนำสัญญาณอีพีเจเนติกส์ต่างๆ ไปใช้ในร่างกาย และผลที่ตามมาที่อาจนำไปสู่ผลที่ตามมา ในขณะที่ตีพิมพ์ผลงานของ Conrad Waddington การคาดเดากระจัดกระจายอยู่ในโลกวิทยาศาสตร์ และยังไม่มีการสร้างแกนหลักของทฤษฎี
ในไม่ช้าก็เห็นได้ชัดว่าหนึ่งในสัญญาณอีพิเจเนติกส์ในเซลล์คือ DNA methylation ซึ่งก็คือการเพิ่มกลุ่มเมทิล (-CH3) เข้ากับฐานไซโตซีนในเทมเพลต DNA ปรากฎว่าการปรับเปลี่ยน DNA ดังกล่าวทำให้กิจกรรมของยีนลดลง เนื่องจากกระบวนการนี้อาจส่งผลต่อระดับการถอดรหัส ตั้งแต่วินาทีนี้เองที่อีพิเจเนติกส์ได้กลับชาติมาเกิดและในที่สุดก็กลายเป็นสาขาวิทยาศาสตร์ที่เต็มเปี่ยม
ในช่วงทศวรรษ 1980 มีการตีพิมพ์ผลงานที่แสดงให้เห็นว่า DNA methylation มีความสัมพันธ์กับการกดขี่ - "การเงียบ" - ของยีน ปรากฏการณ์นี้สามารถสังเกตได้ในยูคาริโอตทั้งหมดยกเว้นยีสต์ เพื่อนร่วมชาติของเราค้นพบเนื้อเยื่อและอายุเฉพาะของ DNA methylation ในสิ่งมีชีวิตยูคาริโอตในเวลาต่อมา และยังแสดงให้เห็นว่าการดัดแปลงจีโนมของเอนไซม์สามารถควบคุมการแสดงออกของยีนและการแยกเซลล์ได้ หลังจากนั้นไม่นานก็พิสูจน์แล้วว่า DNA methylation สามารถควบคุมได้ด้วยฮอร์โมน
ศาสตราจารย์ โมเช ซิฟ (จากมหาวิทยาลัยแมคกิลล์ ประเทศแคนาดา) ให้การเปรียบเทียบโดยนัยดังต่อไปนี้: “ลองจินตนาการถึงยีนใน DNA ว่าเป็นประโยคที่ประกอบด้วยตัวอักษรนิวคลีโอไทด์ที่ได้รับจากพ่อแม่ เมทิลเลชั่นก็เหมือนกับการวางเครื่องหมายวรรคตอน ซึ่งอาจส่งผลต่อความหมายของวลี การเน้นวลี และการแจกแจงย่อหน้า ผลก็คือ "ข้อความ" ทั้งหมดนี้สามารถอ่านได้แตกต่างกันออกไปในอวัยวะต่างๆ เช่น หัวใจ สมอง และอื่นๆ และดังที่เราทราบกันดีอยู่แล้วว่าการวาง "เครื่องหมายวรรคตอน" ดังกล่าวนั้นขึ้นอยู่กับสัญญาณที่เราได้รับจากภายนอกด้วย เห็นได้ชัดว่ากลไกนี้ช่วยให้ปรับตัวเข้ากับสถานการณ์ที่เปลี่ยนแปลงไปในโลกภายนอกได้อย่างยืดหยุ่นมากขึ้น”
นอกจาก DNA methylation แล้ว ยังมีสัญญาณ epigenetic อีกจำนวนหนึ่งที่มีลักษณะที่หลากหลาย - DNA demethylation, รหัสฮิสโตน (การดัดแปลงฮิสโตน - อะซิติเลชั่น, เมทิลเลชั่น, ฟอสโฟรีเลชั่น ฯลฯ ), การวางตำแหน่งขององค์ประกอบโครมาติน, การปราบปรามการถอดเสียงและการแปลของยีนโดยขนาดเล็ก อาร์เอ็นเอ สิ่งที่น่าสนใจคือกระบวนการบางอย่างเหล่านี้เกี่ยวข้องกันและพึ่งพาซึ่งกันและกัน ซึ่งช่วยในการควบคุมการทำงานของยีนแบบเลือกสรรของยีนได้อย่างน่าเชื่อถือ

เรามาลองทำความเข้าใจพื้นฐานกัน

จากข้อมูลของ Waddington เอพิเจเนติกส์คือ "สาขาวิชาชีววิทยาที่ศึกษาปฏิสัมพันธ์เชิงสาเหตุระหว่างยีนและผลิตภัณฑ์ของยีนที่ประกอบเป็นฟีโนไทป์" ตามแนวคิดสมัยใหม่ ฟีโนไทป์ของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์เป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์ของผลิตภัณฑ์ยีนจำนวนมากในระหว่างการสร้างเซลล์ ดังนั้นจีโนไทป์ของสิ่งมีชีวิตที่กำลังพัฒนาจึงเป็นอีพิจีโนไทป์จริงๆ การทำงานของ epigenotype นั้นค่อนข้างมีการประสานงานกันอย่างแน่นหนาและกำหนดทิศทางในการพัฒนา อย่างไรก็ตามนอกเหนือจากทิศทางนี้ซึ่งท้ายที่สุดจะนำไปสู่การดำเนินการตามสายฟีโนไทป์หลักสำหรับประชากร (ฟีโนไทป์บรรทัดฐาน) ยังมี "เส้นทาง" - วิถีย่อยซึ่งต้องขอบคุณสถานะฟีโนไทป์ที่มั่นคง แต่แตกต่างจากบรรทัดฐาน ที่ตระหนักรู้. นี่คือวิธีการตระหนักถึงความแปรปรวนของการสร้างยีน
เป็นเรื่องที่น่าสนใจที่จะคิดว่าเซลล์ทุกเซลล์ของบุคคลที่กำลังพัฒนานั้นมีโทติโพเทนต์ตั้งแต่แรก ซึ่งหมายความว่าเซลล์เหล่านี้มีศักยภาพในการพัฒนาเท่ากัน และสามารถให้กำเนิดเซลล์ชนิดใดก็ได้ในร่างกาย เมื่อเวลาผ่านไป ความแตกต่างจะเกิดขึ้น ในระหว่างที่เซลล์ได้รับคุณสมบัติและการทำงานที่แตกต่างกัน กลายเป็นเซลล์ประสาท เซลล์เม็ดเลือดแดง ไมโอไซต์ และอื่นๆ ความแตกต่างของคุณสมบัติเกิดขึ้นเนื่องจากการแสดงออกของรูปแบบยีนที่แตกต่างกัน: ในบางขั้นตอนของการพัฒนาเซลล์จะได้รับสัญญาณพิเศษเช่นลักษณะของฮอร์โมนซึ่งใช้ "เส้นทาง" ของ epigenetic อย่างใดอย่างหนึ่งซึ่งนำไปสู่ความแตกต่างของเซลล์
Conrad Waddington นำเสนอคำอุปมาที่ประสบความสำเร็จ - "ภูมิทัศน์ epigenetic" ซึ่งต้องขอบคุณกลไกอิทธิพลของปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมทางธรรมชาติที่มีต่อการพัฒนาสิ่งมีชีวิตยูคาริโอตรุ่นเยาว์ที่ชัดเจน กระบวนการของออนโทเจเนซิสเป็นขอบเขตของความเป็นไปได้ ซึ่งแสดงถึงชุดของวิถีอีพีเจเนติกส์ตามเส้นทางการพัฒนาของแต่ละบุคคลตั้งแต่ไซโกตไปจนถึงสถานะผู้ใหญ่ แต่ละ "ธรรมดา" ของภูมิทัศน์นี้มีเหตุผล - นำไปสู่การก่อตัวของเนื้อเยื่อหรืออวัยวะและบางครั้งก็เป็นระบบทั้งหมดหรือบางส่วนของร่างกาย ในงานของ Waddington วิถีที่ได้รับความได้เปรียบเรียกว่าครีโอด และเนินเขาและสันเขาที่แยกวิถีเรียกว่าผู้ขับไล่ - "ผู้ขับไล่" ในช่วงสี่สิบของศตวรรษที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์ไม่มีความรู้เกี่ยวกับแบบจำลองทางกายภาพของจีโนม ดังนั้นสมมติฐานของ Waddington จึงเป็นการปฏิวัติที่แท้จริง

ภูมิทัศน์ Epigenetic ตาม Waddington

สิ่งมีชีวิตที่กำลังพัฒนาคือลูกบอลที่สามารถกลิ้งไปตาม “รูปแบบ” ต่างๆ ของการพัฒนาได้ ภูมิประเทศมีข้อจำกัดบางประการเกี่ยวกับวิถีของลูกบอลขณะลงมาจากเนินเขา ปัจจัยจากสภาพแวดล้อมภายนอกอาจส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงวิถีของลูกบอล ส่งผลให้ลูกบอลตกสู่จุดกดลึกซึ่งไม่สามารถหลุดออกมาได้ง่ายนัก
ช่องว่างระหว่างโพรงอีพีเจเนติกส์เป็นจุดสำคัญสำหรับสิ่งมีชีวิตอายุน้อย ซึ่งกระบวนการพัฒนามีรูปแบบที่ชัดเจน รวมถึงขึ้นอยู่กับปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมด้วย การเปลี่ยนแปลงระหว่างความกดอากาศที่เชื่อมต่อกันบ่งบอกถึงกระบวนการพัฒนาระหว่างการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ และความลาดชันของความกดอากาศบ่งบอกถึงความเร็วของกระบวนการนี้ ความกดอากาศเล็กน้อยเป็นสัญญาณของสภาวะที่ค่อนข้างคงที่ ในขณะที่ความลาดชันเป็นสัญญาณของการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว ในเวลาเดียวกัน ในสถานที่แห่งการเปลี่ยนแปลง ปัจจัยภายนอกทำให้เกิดมากขึ้น ผลกระทบร้ายแรงในขณะที่พื้นที่อื่นๆ ของภูมิประเทศ อิทธิพลของพวกเขาอาจมีเพียงเล็กน้อย ความงามของแนวคิดเกี่ยวกับภูมิทัศน์ epigenetic คือมันแสดงให้เห็นถึงหลักการประการหนึ่งของการพัฒนาอย่างดี: ผลลัพธ์เดียวกันสามารถทำได้ในรูปแบบที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง

จุดวิกฤตของภูมิทัศน์อีพิเจเนติกส์ การเปรียบเทียบกับลูกบอล: 2 วิถีที่เป็นไปได้

เมื่อสร้างวิถีอีพีเจเนติกส์แล้ว เซลล์จะไม่สามารถเคลื่อนออกจากเส้นทางการพัฒนาได้อย่างอิสระอีกต่อไป ดังนั้นจากไซโกตซึ่งเป็นเซลล์ "เริ่มต้น" เซลล์เดียว สิ่งมีชีวิตยูคาริโอตจึงถูกสร้างขึ้น ซึ่งมีชุดของเซลล์ที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิงทั้งรูปลักษณ์และการทำงาน . ดังนั้นการถ่ายทอดทางพันธุกรรมของ epigenetic จึงเป็นมรดกของรูปแบบการแสดงออกของยีน

ภาพประกอบสำหรับทฤษฎีภูมิทัศน์อีพีเจเนติกส์ ตัวเลือกสำหรับการพัฒนากิจกรรม

นอกเหนือจากการอธิบายลักษณะทางสัณฐานวิทยาของบุคคลใดบุคคลหนึ่งแล้ว ยังค่อนข้างเป็นไปได้ที่จะพูดถึงภูมิทัศน์ของอีพีเจเนติกส์ของประชากร กล่าวคือ เกี่ยวกับการคาดเดาได้ของฟีโนไทป์ที่เกิดขึ้นจริงสำหรับประชากรกลุ่มใดกลุ่มหนึ่ง รวมถึงความถี่สัมพัทธ์ของลักษณะตัวแปรที่เป็นไปได้ด้วย

กรดโฟลิกและอุบัติเหตุที่ไม่สุ่มเสี่ยง

การทดลองที่ชัดเจนครั้งแรกที่แสดงให้เห็นว่าอีพีเจเนติกส์มี "นิสัย" จริงๆ ดำเนินการโดยศาสตราจารย์ Randy Jirtle และ postdoc Robert Waterland จากมหาวิทยาลัย Duke ประเทศสหรัฐอเมริกา พวกเขานำยีนระบายสีหนูบางชนิดไปใช้กับหนูทดลองทั่วไป Agouti หรือที่เรียกกันว่า "กระต่ายทองคำในอเมริกาใต้" เป็นสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมประเภทสัตว์ฟันแทะซึ่งมีรูปร่างหน้าตาคล้ายคลึงกับ หนูตะเภา- สัตว์ฟันแทะเหล่านี้มีขนสีทอง บางครั้งถึงแม้จะมีโทนสีส้มก็ตาม ยีน "ต่างประเทศ" ที่รวมอยู่ในจีโนมของหนูทำให้หนูทดลองเปลี่ยนสี - ขนของพวกมันกลายเป็นสีเหลือง อย่างไรก็ตาม ยีนหนูบางชนิดสร้างปัญหาให้กับหนู หลังจากการแนะนำแล้ว สัตว์ต่างๆ ก็ได้รับมา น้ำหนักเกินตลอดจนมีแนวโน้มที่จะเป็นโรคเบาหวานและมะเร็ง หนูดังกล่าวให้กำเนิดลูกหลานที่ไม่แข็งแรงและมีความโน้มเอียงแบบเดียวกัน หนูมีสีทอง

หนูบางชนิดน่ารัก (Dasyprocta aguti)

อย่างไรก็ตาม นักทดลองยังคงสามารถ “ปิด” ยีนที่ไม่ดีได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนนิวคลีโอไทด์ของ DNA หนูพันธุ์ตัวเมียที่ตั้งท้องได้รับอาหารพิเศษที่อุดมด้วยกรดโฟลิกซึ่งเป็นแหล่งของกลุ่มเมทิล เป็นผลให้หนูที่เกิดมาไม่มีสีทองอีกต่อไป แต่มีสีตามธรรมชาติ

เหตุใดกรดโฟลิกจึง “ออกฤทธิ์”? ยิ่งกลุ่มเมทิลได้รับจากอาหารไปยังตัวอ่อนที่กำลังพัฒนามากเท่าไร โอกาสที่เอนไซม์ก็จะยิ่งเร่งปฏิกิริยาการเติมกลุ่มเมทิลใน DNA ของตัวอ่อนก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ซึ่งจะหยุดการทำงานลง การกระทำที่เป็นไปได้ยีน. ศาสตราจารย์ Jirtle แสดงความคิดเห็นเกี่ยวกับการทดลองของเขาและผลลัพธ์ว่า “อีพิเจเนติกส์พิสูจน์ให้เห็นว่าเราต้องรับผิดชอบต่อความสมบูรณ์ของจีโนมของเรา เราเคยคิดว่ามีเพียงยีนเท่านั้นที่กำหนดว่าเราเป็นใคร วันนี้เรารู้แน่ชัดว่า ทุกสิ่งที่เราทำ ทุกสิ่งที่เรากิน ดื่ม หรือสูบบุหรี่ ส่งผลต่อการแสดงออกของยีนของเราและยีนของคนรุ่นต่อๆ ไป อีพีเจเนติกส์นำเสนอแนวคิดใหม่ในการเลือกอย่างเสรีแก่เรา"

ศาสตราจารย์แรนดี้ เกิร์เทิลและหนูดัดแปลงพันธุกรรมของเขา

Michael Meaney จากมหาวิทยาลัย McGill ในเมืองมอนทรีออล ประเทศแคนาดา ได้ผลลัพธ์ที่น่าสนใจไม่น้อยจากการสังเกตหนูที่เลี้ยงลูกของมัน หากลูกหนูได้รับความสนใจและดูแลจากแม่อย่างต่อเนื่องตั้งแต่แรกเกิด พวกเขาก็จะมีนิสัยสงบและฉลาดขึ้น ในทางตรงกันข้าม ลูกๆ ซึ่งแม่ละเลยลูกหลานตั้งแต่แรกเริ่มและดูแลพวกเขาเพียงเล็กน้อย กลับเติบโตมาด้วยความกลัวและวิตกกังวล เมื่อปรากฎว่า เหตุผลนั้นขึ้นอยู่กับปัจจัยทางอีพีเจเนติกส์ นั่นคือ การดูแลแม่หนูสำหรับลูกๆ จะควบคุมเมทิลเลชั่นของยีนที่รับผิดชอบในการตอบสนองต่อตัวรับความเครียดคอร์ติซอลที่แสดงออกในฮิบโปแคมปัส ในการทดลองอื่นซึ่งดำเนินการในภายหลังเล็กน้อย มีการพิจารณาปัจจัยเดียวกันที่เกี่ยวข้องกับมนุษย์ การทดลองดำเนินการโดยใช้การถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็ก และมีวัตถุประสงค์เพื่อสร้างความสัมพันธ์ระหว่างการดูแลที่ผู้ปกครองให้ในระหว่างนั้น วัยเด็กและการจัดระเบียบของสมองโดยรวม ปรากฎว่าการดูแลของแม่มีบทบาทสำคัญในกระบวนการนี้ ผู้ใหญ่ที่ต้องทนทุกข์ทรมานในวัยเด็กจากการขาดความรักและความเอาใจใส่จากแม่ของเขามีฮิปโปแคมปัสที่เล็กกว่าคนที่รุ่งเรืองในวัยเด็ก ฮิปโปแคมปัสในฐานะอวัยวะของระบบลิมบิกของสมองนั้นมีความหลากหลายอย่างมากและคล้ายกับ RAM ของคอมพิวเตอร์: มันมีส่วนร่วมในการก่อตัวของอารมณ์กำหนดความแข็งแกร่งของความทรงจำมีส่วนร่วมในกระบวนการถ่ายโอนหน่วยความจำระยะสั้น ในความทรงจำระยะยาว เกี่ยวข้องกับการคงความสนใจ รับผิดชอบต่อความเร็วในการคิด และนอกเหนือจากสิ่งอื่น ๆ อีกมากมาย ยังกำหนดความโน้มเอียงของบุคคลในหลายๆ ด้าน ความเจ็บป่วยทางจิตรวมถึงโรคความเครียดหลังเหตุการณ์สะเทือนใจ

เอริก เนสท์เลอร์ ศาสตราจารย์ด้านประสาทชีววิทยา สถาบันสมองฟรีดแมน ศูนย์การแพทย์ Mount Sinai รัฐนิวยอร์ก สหรัฐอเมริกา ศึกษากลไกของภาวะซึมเศร้าในการทดลองกับหนูตัวเดียวกัน หนูที่สงบและเป็นมิตรถูกวางไว้ในกรงที่มีบุคคลที่ก้าวร้าว สิบวันต่อมา หนูที่ครั้งหนึ่งมีความสุขและสงบสุขแสดงอาการซึมเศร้า พวกเขาหมดความสนใจในอาหารอร่อย การสื่อสารกับเพศตรงข้าม กระสับกระส่าย และบางตัวถึงกับกินอย่างต่อเนื่องทำให้น้ำหนักเพิ่มขึ้น บางครั้งปรากฎว่าภาวะซึมเศร้ามีเสถียรภาพและสามารถฟื้นตัวได้อย่างสมบูรณ์ด้วยการรักษาด้วยยาแก้ซึมเศร้าเท่านั้น การศึกษาเซลล์ DNA ของ "ระบบการให้รางวัล" ของสมองหนูจากการทดลองพบว่าในยีนประมาณ 2,000 ยีน รูปแบบของการดัดแปลงอีพิเจเนติกส์เปลี่ยนไป และใน 1,200 ยีน ระดับของฮิสโตนเมทิลเลชั่นซึ่งยับยั้งการทำงานของยีนก็เพิ่มขึ้น เมื่อปรากฏออกมา ก็พบการเปลี่ยนแปลงของอีพิเจเนติกส์ที่คล้ายกันใน DNA ของสมองของผู้ที่เสียชีวิตขณะอยู่ในสภาพหดหู่ แน่นอนว่าภาวะซึมเศร้านั้นเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนและมีหลายพารามิเตอร์ แต่เห็นได้ชัดว่าสามารถ "ปิด" ยีนในพื้นที่ของสมองที่เกี่ยวข้องกับการเพลิดเพลินกับชีวิตได้

แต่ไม่ใช่ทุกคนที่ไวต่อภาวะซึมเศร้า... สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นกับหนู - ประมาณหนึ่งในสามของสัตว์ฟันแทะหลีกเลี่ยงสภาวะเชิงลบในขณะที่อยู่ในสถานการณ์ที่ตึงเครียด แม้ว่าจะมีการต่อต้านในระดับยีนก็ตาม กล่าวอีกนัยหนึ่ง หนูเหล่านี้ขาดการเปลี่ยนแปลงอีพีเจเนติกส์ที่มีลักษณะเฉพาะ อย่างไรก็ตาม ในหนูที่ "ถาวร" การเปลี่ยนแปลงของอีพิเจเนติกเกิดขึ้นในยีนอื่นๆ ของเซลล์ที่อยู่ตรงกลางของ "ระบบการให้รางวัล" ของสมอง ดังนั้นการดัดแปลงอีพีเจเนติกส์ทางเลือกจึงเป็นไปได้ ฟังก์ชั่นการป้องกันและการต้านทานต่อความเครียดไม่ได้เกิดจากการไม่มีแนวโน้มทางพันธุกรรม แต่เป็นอิทธิพลของโปรแกรมอีพีเจเนติกส์ที่เปิดใช้งานเพื่อปกป้องและต้านทานผลกระทบที่กระทบกระเทือนจิตใจต่อจิตใจ

เนสท์เลอร์ยังกล่าวในรายงานของเขาว่า "เราพบว่าในบรรดายีน 'ป้องกัน' ที่ได้รับการดัดแปลงอีพิเจเนติกในหนูที่ทนต่อความเครียด ยีนจำนวนมากมีกิจกรรมกลับคืนสู่ภาวะปกติในสัตว์ฟันแทะที่ซึมเศร้าซึ่งได้รับการรักษาด้วยยาแก้ซึมเศร้า ซึ่งหมายความว่าในผู้ที่มีแนวโน้มเป็นโรคซึมเศร้า ยาแก้ซึมเศร้าจะออกฤทธิ์โดยกระตุ้นโปรแกรมป้องกันอีพีเจเนติกส์ ซึ่งโดยธรรมชาติแล้วจะทำงานในบุคคลที่มีความยืดหยุ่นมากกว่า ในกรณีนี้ เราไม่ควรมองหาเฉพาะยาแก้ซึมเศร้าชนิดใหม่ที่ทรงพลังกว่าเท่านั้น แต่ยังควรมองหาสารที่ขับเคลื่อนระบบการป้องกันของร่างกายด้วย”

หากคุณมีบุหรี่หนึ่งซองอยู่ในกระเป๋า...

ไม่มีความลับที่ข้อพิพาทร้ายแรงที่เกี่ยวข้องกับปัญหาการสูบบุหรี่ปะทุขึ้นในสังคมเป็นระยะ ผู้ที่ถือบุหรี่ในกระเป๋าของคุณชอบพูดซ้ำว่าอันตรายของนิสัยนี้ไม่ได้รับการพิสูจน์ แต่จู่ๆ epigenetics ก็ออกมาจากเบื้องหลังที่นี่เช่นกัน ประเด็นก็คือมนุษย์มียีน p16 ที่สำคัญซึ่งสามารถยับยั้งการพัฒนาของเนื้องอกมะเร็งได้ การวิจัยที่ดำเนินการในช่วงทศวรรษที่ผ่านมาแสดงให้เห็นว่ามีสารบางชนิดที่มีอยู่ใน ควันบุหรี่บังคับให้ปิด p16 ซึ่งโดยธรรมชาติแล้วไม่ได้นำไปสู่สิ่งที่ดี แต่ - นี่คือสิ่งที่น่าสนใจ! - การขาดโปรตีนซึ่งเป็นสาเหตุของการผลิต p16 เป็นตัวหยุดกระบวนการชรา นักวิทยาศาสตร์จากประเทศจีนอ้างว่าหากปิดยีนอย่างถูกต้องและปลอดภัยต่อร่างกายก็อาจทำให้กระบวนการสูญเสียล่าช้าออกไปได้ มวลกล้ามเนื้อและความทึบของเลนส์

ในเซลล์ที่ทำงานตามปกติ แข็งแรงและสมบูรณ์ ยีนที่กระตุ้นการก่อตัวของเนื้องอกมะเร็งจะไม่ทำงาน สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากเมทิลเลชั่นของโปรโมเตอร์ (ตำแหน่งเริ่มต้นสำหรับการถอดรหัสเฉพาะ) ของยีนก่อมะเร็งเหล่านี้เรียกว่าเกาะ CpG ใน DNA เบสไนโตรเจน ไซโตซีน (C) และกัวนีน (G) เชื่อมต่อกันด้วยฟอสฟอรัส ในขณะที่เกาะหนึ่งสามารถมีเบสได้หลายพันเบส และประมาณ 70% ของโปรโมเตอร์ของยีนทั้งหมดมีเกาะเหล่านี้

ไทมีน (สีแดง), อะดีนีน (สีเขียว), ไซโตซีน (สีน้ำเงิน), กวานีน(สีดำ) - อ่อนนุ่มของเล่น

แอลกอฮอล์อะซีตัลดีไฮด์ซึ่งเป็นผลพลอยได้จากการแปรรูปเอทานอลในร่างกายมนุษย์ เช่นเดียวกับสารบางชนิดที่พบในยาสูบ ยับยั้งการก่อตัวของกลุ่มเมทิลบน DNA ซึ่งจะทำให้เกิดมะเร็งที่สงบเงียบ เป็นที่ทราบกันดีว่าถึง 60% ของการกลายพันธุ์ในเซลล์สืบพันธุ์ทั้งหมดเกิดขึ้นบนเกาะ CpG ซึ่งขัดขวางการควบคุม epigenetic ที่ถูกต้องของจีโนม หมู่เมทิลเข้าสู่ร่างกายของเราพร้อมกับอาหาร เนื่องจากเราไม่ได้ผลิตกรดอะมิโนโฟลิกหรือเมไทโอนีน ซึ่งเป็นแหล่งที่อุดมไปด้วยหมู่ CH3 หากอาหารของเราไม่มีกรดอะมิโนเหล่านี้ การหยุดชะงักของกระบวนการเมทิลเลชันของ DNA ก็เป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้

การพัฒนาและแผนงานสำหรับอนาคต

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา อีพิเจเนติกส์ได้เติบโตขึ้นอย่างมากในด้านเทคโนโลยี ในการทบทวนโดยสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (สหรัฐอเมริกา) เอพีเจเนติกส์ได้รับการเสนอชื่อให้เป็นหนึ่งในสิบเทคโนโลยีที่สำคัญที่สุดที่อาจเปลี่ยนแปลงโลกในไม่ช้าและมีผลกระทบต่อ อิทธิพลที่ยิ่งใหญ่ที่สุดเกี่ยวกับมนุษยชาติ
Moshe Zif ให้ความเห็นเกี่ยวกับสถานการณ์ปัจจุบันว่า “ตรงกันข้ามกับการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรม การเปลี่ยนแปลงของอีพีเจเนติกส์อาจสามารถย้อนกลับได้ ยีนที่กลายพันธุ์มักจะไม่สามารถกลับสู่สภาวะปกติได้ ทางออกเดียวในสถานการณ์นี้คือการตัดหรือปิดการใช้งานยีนนี้ในทุกเซลล์ที่มียีนดังกล่าว ยีนที่มีรูปแบบเมทิลเลชั่นที่ถูกรบกวนและเอพิจีโนมที่เปลี่ยนแปลงไป สามารถกลับคืนสู่ภาวะปกติได้และค่อนข้างง่ายดาย มียา epigenetic อยู่แล้วเช่น 5-azacytidine (ชื่อทางการค้า Vidase) ซึ่งเป็นอะนาล็อกที่ไม่ได้รับเมทิลเลตของไซติดีนซึ่งเป็นนิวคลีโอไซด์ของ DNA และ RNA ซึ่งเมื่อรวมเข้ากับ DNA จะช่วยลดระดับเมทิลเลชั่นของมัน ปัจจุบันยานี้ใช้กับกลุ่มอาการ myelodysplastic หรือที่เรียกว่า preleukemia”

Epigenomics บริษัทสัญชาติเยอรมันได้เปิดตัวชุดการทดสอบคัดกรองที่สามารถวินิจฉัยโรคได้ มะเร็งบน ขั้นตอนที่แตกต่างกันการพัฒนาผ่านการเปลี่ยนแปลงของอีพิเจเนติกส์ในร่างกายโดยอาศัย DNA methylation บริษัทยังคงวิจัยอย่างต่อเนื่องเพื่อสร้างแบบทดสอบความโน้มเอียง ประเภทต่างๆเนื้องอกวิทยา โดยมีจุดมุ่งหมายเพื่อ "ทำให้การทดสอบ DNA methylation เป็นการปฏิบัติประจำในห้องปฏิบัติการทางคลินิก" บริษัทอื่นๆ ก็ทำงานไปในทิศทางเดียวกัน: Roshe Pharmaceuticals, MethylGene, NimbleGen, Sigma-Aldrich, Epigentek ในปี พ.ศ. 2546 ได้มีการเปิดตัวโครงการเอพิจีโนมของมนุษย์ ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงการที่นักวิทยาศาสตร์สามารถถอดรหัสตำแหน่งเมทิลเลชันของดีเอ็นเอแบบแปรผันบนโครโมโซมของมนุษย์ 3 โครโมโซม ได้แก่ 6, 20 และ 22

กลไก Epigenetic ที่เกี่ยวข้องกับการควบคุมการแสดงออกของยีน

วันนี้เป็นที่ชัดเจนว่าการศึกษากลไกของยีน "การเปิดและปิด" ทำให้ยามีโอกาสในการพัฒนามากกว่า ยีนบำบัด- มีการวางแผนว่าในอนาคต epigenetics จะสามารถบอกเราเกี่ยวกับสาเหตุและกระบวนการของการพัฒนาของโรคบางชนิดที่มี "อคติทางพันธุกรรม" - เช่นโรคอัลไซเมอร์ โรคโครห์น โรคเบาหวาน จะช่วยศึกษากลไกที่นำไปสู่การก่อตัวของเนื้องอกมะเร็ง การพัฒนาของความผิดปกติทางจิต และอื่นๆ

เมื่อวันที่ 19 กุมภาพันธ์ 2558 บทความ "Cell-of-origin chromatin Organization Shapes the Mutational Landscape of Cancer" ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Nature นักวิทยาศาสตร์กลุ่มหนึ่งได้ค้นพบว่ารูปแบบของการกลายพันธุ์ใน เซลล์มะเร็งสัมพันธ์กับโครงสร้างโครมาติน สิ่งนี้หมายความว่าอย่างไร? มาก. บ่อยครั้งที่ผู้เชี่ยวชาญด้านเนื้องอกวิทยาพัฒนาวิธีการรักษาสำหรับเนื้องอกบางประเภท แต่ระบุขอบเขตของแต่ละกรณีได้ไม่ดี หากเนื้องอกมะเร็งแต่ละชนิดมีความเกี่ยวข้องกับโครงสร้างโครมาตินที่เปลี่ยนแปลงไป จะเห็นได้ชัดว่าเนื้องอกชนิดนี้พัฒนามาจากเซลล์ชนิดใดชนิดหนึ่ง และจะปฏิวัติการรักษามะเร็งไปอย่างสิ้นเชิง แผนที่ epigenomic ที่เรียกว่าจะช่วยระบุสาเหตุของเนื้องอก: เซลล์เนื้องอก“มีชีวิต” โดยมีการกลายพันธุ์กระจายไปทั่ว DNA ของเซลล์

ในขณะที่ศึกษาโรคอัลไซเมอร์ นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบ "ความแปรผันทางพันธุกรรม" บางอย่างที่เกี่ยวข้องกับโรคมานานแล้ว พวกมันได้รับการศึกษาไม่ดีนักเนื่องจากมีอยู่ในส่วนหนึ่งของจีโนมที่ไม่มีรหัสสำหรับโปรตีน นักชีววิทยา มาโนลิส เคลลิส จากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ ซึ่งกำลังศึกษาแผนที่อีพิจีโนมิกของสมองมนุษย์และหนู ได้ข้อสรุปว่า "ความแปรผัน" เหล่านี้มีความเกี่ยวข้องในทางใดทางหนึ่งกับ ระบบภูมิคุ้มกัน- “โดยทั่วไป นี่คือสิ่งที่หลายคนในชุมชนวิทยาศาสตร์คาดเดาโดยสัญชาตญาณ - เคลลิสพูดว่า - แต่ไม่มีใครแสดงให้เห็นในระดับที่เหมาะสมจริงๆ” การวิจัยดำเนินต่อไป

แม้จะมีผลงานที่เกี่ยวข้องกับอีพีเจเนติกส์เป็นจำนวนมาก แต่ก็ยังมีหลุมดำและจุดสีขาวมากเกินพอ องค์กรระหว่างประเทศชื่อ The International Human Epigenome Consortium (http://ihec-epigenomes.org/) มีเป้าหมายเพื่อให้สามารถเข้าถึงวัสดุอีพีเจเนติกส์ของมนุษย์ได้ฟรี เพื่อพัฒนาการวิจัยขั้นพื้นฐานและประยุกต์ในสาขาที่เกี่ยวข้องกับอีพีเจเนติกส์ แผนดังกล่าวประกอบด้วยการถ่ายภาพเซลล์มากกว่า 1,000 ชนิด ศึกษาการเปลี่ยนแปลงในอีพิจีโนมของผู้ที่ได้รับเลือกให้ทำการทดสอบในช่วงหลายปีที่ผ่านมา พร้อมการศึกษาอิทธิพลของปัจจัยภายนอกแบบคู่ขนาน “งานนี้จะทำให้เรายุ่งเป็นเวลาอย่างน้อยหลายทศวรรษข้างหน้า จีโนมไม่เพียงแต่อ่านยากเท่านั้น แต่กระบวนการเองก็ใช้เวลานาน” - มาโนลิส เคลลิส กล่าว

นอกจากนี้บน ในขณะนี้การพัฒนาที่จริงจังกำลังดำเนินการในด้านทางเลือกและ วิธีการที่มีประสิทธิภาพการรักษาความผิดปกติทางจิต ก็ได้แสดงออกมาบ้างแล้วว่า สารยา, การปกป้องกลุ่มฮิสโตนอะซิติล, การยับยั้งเอนไซม์ที่กำจัดกลุ่มอะซิติลมีฤทธิ์ต้านอาการซึมเศร้าที่รุนแรง เอนไซม์ฮิสโตน ดีอะเซติเลส ซึ่งกระตุ้นการกำจัด สามารถพบได้ในเซลล์ของส่วนต่างๆ ของสมอง ในเนื้อเยื่อและอวัยวะต่างๆ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมยาถึงมีฤทธิ์ที่ไม่ได้คัดเลือก ผลข้างเคียง- นักวิจัยกำลังสำรวจความเป็นไปได้ในการสร้างสารที่จะระงับการทำงานของฮิสโตน ดีอะซิติเลสในสมองเท่านั้น ซึ่งมีหน้าที่ในการ สภาพจิตใจบุคคล (“ศูนย์รางวัล”) แต่ไม่มีใครสนใจที่จะพยายามระบุโปรตีนอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการดัดแปลงอีพิเจเนติกของโครมาตินของเซลล์สมอง หรือเพื่อระบุยีนที่มีการดัดแปลงอีพีเจเนติกในภาวะซึมเศร้า (เช่น ยีนที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ตัวรับสำหรับสารสื่อประสาทจำเพาะหรือโปรตีนส่งสัญญาณที่ มีส่วนร่วมในการกระตุ้นเซลล์ประสาท) การวิจัยดังกล่าวจะช่วยให้สามารถค้นหาหรือสังเคราะห์ยาที่สามารถยับยั้งยีนหรือผลิตภัณฑ์เฉพาะเหล่านี้ได้

และสุดท้าย

“แล้วตอนนี้จะใช้ชีวิตยังไงล่ะ? เป็นผู้นำวิถีชีวิตที่มีสุขภาพดี? ฉันควรสมัครเข้ายิมและทบทวนอาหารโดยด่วนไหม?” - คุณถามอย่างไม่อดทน Peter Spork ในหนังสือของเขาเรื่อง Reading Between the Lines of DNA ตอบคำถามนี้ด้วยอารมณ์ขันเล็กน้อย เขาพูดถึงการลบตอนเย็นบนโซฟาอย่างกะทันหันและตลอดไปและ อาหารขยะถึงกระนั้น มันก็ไม่คุ้มค่า เพราะการสั่นไหวดังกล่าวมักจะนำไปสู่ความเครียด ซึ่งอาจส่งผลต่อเอพิเจเนติกส์ด้วย สิ่งสำคัญคือ “ความเป็นอันตราย” ไม่ได้กลายเป็นวิถีชีวิตหรือนิสัยที่ฝังแน่น Epigenetics เหมือนประภาคารในทะเลแห่งชีวิตที่มีพายุแสดงให้เราเห็นว่าบางครั้งร่างกายของเราก็ต้องผ่านไป ช่วงเวลาวิกฤติการพัฒนาเมื่ออีพีจีนส์มีความไวต่อสิ่งเร้าจากสภาพแวดล้อมภายนอก นั่นคือเหตุผลที่ผู้หญิงที่คาดหวังว่าจะมีลูกจะต้องรับประทานกรดโฟลิกเป็นประจำและป้องกันตัวเองจากความเครียดและสถานการณ์เชิงลบ

ก.และอื่นๆ. โครงสร้างโครมาตินจากเซลล์ต้นกำเนิดกำหนดรูปแบบการเปลี่ยนแปลงของมะเร็ง ธรรมชาติ 518 หน้า 360-364 19 กุมภาพันธ์ 2558 http://ชีวเคมี.ดอทคอม

ใช้ในการศึกษาอีพิเจเนติกส์ หลากหลายวิธีอณูชีววิทยา รวมถึงการตกตะกอนของโครมาติน (การดัดแปลงต่างๆ ของ ChIP-on-chip และ ChIP-Seq) การไฮบริไดเซชันในแหล่งกำเนิด เอนไซม์จำกัดความไวต่อเมทิลเลชั่น การจำแนก DNA adenine methyltransferase (DamID) การหาลำดับไบซัลไฟต์ นอกจากนี้ การใช้วิธีชีวสารสนเทศศาสตร์ (คอมพิวเตอร์อีพีเจเนติกส์) กำลังมีบทบาทสำคัญมากขึ้น

YouTube สารานุกรม

1 / 5

อีพีเจเนติกส์ นักชีววิทยาระดับโมเลกุล Boris Fedorovich Vanyushin เล่าเรื่องนี้

เอพิเจเนติกส์คืออะไร? - คาร์ลอส เกร์เรโร-โบซานญ่า

เอเลนา กริโกเรนโก. Epigenetics ศึกษาอะไร?

แท็ก Epigenetic บน DNA

กอร์ดอน - บทสนทนา: Epigenetics

คำบรรยาย

ตัวอย่าง

ตัวอย่างหนึ่งของการเปลี่ยนแปลงอีพีเจเนติกส์ในยูคาริโอตคือกระบวนการสร้างความแตกต่างของเซลล์ ในระหว่างการเกิดสัณฐานวิทยา เซลล์ต้นกำเนิด pluripotent จะก่อตัวเป็นเซลล์ pluripotent หลายสายของเอ็มบริโอ ซึ่งในทางกลับกันจะก่อให้เกิดเซลล์ที่มีความแตกต่างอย่างสมบูรณ์ กล่าวอีกนัยหนึ่งไข่ที่ปฏิสนธิหนึ่งใบ - ไซโกต - จะแยกความแตกต่างออกไป ประเภทต่างๆเซลล์ต่างๆ รวมถึง: เซลล์ประสาท เซลล์กล้ามเนื้อ เยื่อบุผิว เยื่อบุหลอดเลือด ฯลฯ ผ่านการแบ่งหลายส่วน ซึ่งสามารถทำได้โดยการกระตุ้นยีนบางตัว และในขณะเดียวกันก็ยับยั้งยีนบางตัวโดยใช้กลไกอีพิเจเนติกส์

ตัวอย่างที่สองสามารถแสดงเป็นพุลได้ ในฤดูใบไม้ร่วงก่อนอากาศหนาว พวกมันจะเกิดมาพร้อมกับผมที่ยาวและหนากว่าในฤดูใบไม้ผลิ แม้ว่าหนู "ฤดูใบไม้ผลิ" และ "ฤดูใบไม้ร่วง" พัฒนาการของมดลูกจะเกิดขึ้นภายใต้สภาวะที่เกือบจะเหมือนกัน (อุณหภูมิ ความยาววัน ความชื้น ฯลฯ) . การศึกษาพบว่าสัญญาณที่กระตุ้นให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของอีพิเจเนติกส์ที่นำไปสู่การเพิ่มความยาวของเส้นผมคือการเปลี่ยนแปลงระดับความเข้มข้นของเมลาโทนินในเลือด (ลดลงในฤดูใบไม้ผลิและเพิ่มขึ้นในฤดูใบไม้ร่วง) ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงการปรับตัวของอีพิเจเนติกส์ (การเพิ่มความยาวของเส้นผม) จึงเกิดขึ้นก่อนที่จะเริ่มมีอากาศหนาว ซึ่งเป็นการปรับตัวที่เป็นประโยชน์ต่อสิ่งมีชีวิต

นิรุกติศาสตร์และคำจำกัดความ

คำว่า "อีพิเจเนติกส์" (เช่นเดียวกับ "ภูมิทัศน์ของอีพิเจเนติกส์") ได้รับการประกาศเกียรติคุณโดยคอนราด แวดดิงตัน ( คอนราด ฮาล วัดดิงตัน) ในปี พ.ศ. 2485 โดยเป็นอนุพันธ์ของคำว่า "พันธุศาสตร์" และคำว่า "epigenesis" ของอริสโตเติล เมื่อ Waddington เป็นคนบัญญัติศัพท์นี้ ธรรมชาติทางกายภาพของยีนยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด ดังนั้นเขาจึงใช้มันเป็นแบบจำลองแนวความคิดว่ายีนอาจมีปฏิกิริยาต่อสิ่งแวดล้อมอย่างไรเพื่อสร้างฟีโนไทป์

ความคล้ายคลึงกับคำว่า "พันธุศาสตร์" ทำให้เกิดการเปรียบเทียบหลายอย่างในการใช้คำนี้ "อีพิจีโนม" มีความคล้ายคลึงกับคำว่า "จีโนม" และกำหนดสถานะเอพิเจเนติกโดยรวมของเซลล์ อุปมา " รหัสพันธุกรรม” ได้รับการดัดแปลงเช่นกัน และคำว่า "รหัสอีพิเจเนติก" ใช้เพื่ออธิบายชุดคุณลักษณะอีพีเจเนติกส์ที่สร้างฟีโนไทป์ที่หลากหลายในเซลล์ต่างๆ คำว่า "เอพิมิวเทชัน" ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย ซึ่งหมายถึงการเปลี่ยนแปลงในอีพิจีโนมปกติที่เกิดจากปัจจัยประปราย ซึ่งถ่ายทอดผ่านรุ่นเซลล์จำนวนหนึ่ง

พื้นฐานระดับโมเลกุลของเอพิเจเนติกส์

พื้นฐานระดับโมเลกุลของ epigenetics ค่อนข้างซับซ้อนแม้ว่าจะไม่ส่งผลกระทบต่อโครงสร้างหลักของ DNA แต่เปลี่ยนกิจกรรมของยีนบางตัว สิ่งนี้อธิบายว่าทำไมเซลล์ที่แตกต่างของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์จึงแสดงเฉพาะยีนที่จำเป็นสำหรับกิจกรรมเฉพาะของมัน ลักษณะพิเศษของการเปลี่ยนแปลงอีพีเจเนติกส์คือคงอยู่โดยการแบ่งเซลล์ เป็นที่ทราบกันดีว่าการเปลี่ยนแปลงของอีพีเจเนติกส์ส่วนใหญ่เกิดขึ้นในช่วงชีวิตของสิ่งมีชีวิตเพียงชนิดเดียวเท่านั้น ในเวลาเดียวกัน หากมีการเปลี่ยนแปลง DNA ในตัวอสุจิหรือไข่ อาการทางอีพีเจเนติกส์บางอย่างสามารถถ่ายทอดจากรุ่นหนึ่งไปยังอีกรุ่นหนึ่งได้

เมทิลเลชันของดีเอ็นเอ

กลไกอีพีเจเนติกส์ที่ได้รับการศึกษาอย่างดีที่สุดในปัจจุบันคือเมทิลเลชันของเบสไซโตซีน การวิจัยอย่างเข้มข้นเกี่ยวกับบทบาทของเมทิลเลชั่นในการควบคุมการแสดงออกทางพันธุกรรม รวมถึงในช่วงอายุที่มากขึ้น เริ่มต้นขึ้นในทศวรรษที่ 70 ของศตวรรษที่ 20 ด้วยผลงานบุกเบิกของ Boris Fedorovich Vanyushin และ Gennady Dmitrievich Berdyshev และผู้ร่วมเขียน กระบวนการของ DNA methylation เกี่ยวข้องกับการเติมกลุ่มเมทิลในไซโตซีนซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของไดนิวคลีโอไทด์ CpG ที่ตำแหน่ง C5 ของวงแหวนไซโตซีน DNA methylation เป็นลักษณะเฉพาะของยูคาริโอตเป็นหลัก ในมนุษย์ประมาณ 1% ของ DNA จีโนมถูกเมทิลเลต เอนไซม์สามชนิดที่เรียกว่า DNA methyltransferases 1, 3a และ 3b (DNMT1, DNMT3a และ DNMT3b) มีหน้าที่รับผิดชอบในกระบวนการ DNA methylation สันนิษฐานว่าเป็น DNMT3a และ DNMT3b เดโนโวเมทิลทรานสเฟอเรสซึ่งสร้างโปรไฟล์ DNA methylation ระยะแรกการพัฒนาและ DNMT1 ดำเนินการ DNA methylation ในระยะหลังของชีวิตของสิ่งมีชีวิต เอนไซม์ DNMT1 มีความสัมพันธ์กับ 5-methylcytosine สูง เมื่อ DNMT1 พบ "ตำแหน่งเฮมิเมทิลเลต" (ตำแหน่งที่ไซโตซีนบน DNA เพียงสายเดียวถูกเมทิลเลต) มันจะสร้างเมทิลเลตไซโตซีนบนสายที่สองที่ตำแหน่งเดียวกัน หน้าที่ของเมทิลเลชั่นคือกระตุ้นหรือยับยั้งยีน ในกรณีส่วนใหญ่ เมทิลเลชั่นของบริเวณโปรโมเตอร์ของยีนจะนำไปสู่การยับยั้งการทำงานของยีน แสดงให้เห็นว่าแม้แต่การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในระดับของ DNA methylation ก็สามารถเปลี่ยนระดับการแสดงออกทางพันธุกรรมได้อย่างมีนัยสำคัญ

การปรับเปลี่ยนฮิสโตน

แม้ว่าการเปลี่ยนแปลงของกรดอะมิโนในฮิสโตนจะเกิดขึ้นทั่วทั้งโมเลกุลโปรตีน แต่การเปลี่ยนแปลงของหาง N เกิดขึ้นบ่อยกว่ามาก การปรับเปลี่ยนเหล่านี้รวมถึง: ฟอสโฟรีเลชัน, การแพร่หลาย, อะซิติเลชัน, เมทิลเลชัน, ซูโมเลชัน Acetylation เป็นการดัดแปลงฮิสโตนที่มีการศึกษามากที่สุด ดังนั้นอะซิติเลชั่นของไลซีนที่ 14 และ 9 ของฮิสโตน H3 โดยอะซิติลทรานสเฟอเรส (H3K14ac และ H3K9ac ตามลำดับ) มีความสัมพันธ์กับกิจกรรมการถอดรหัสในบริเวณนี้ของโครโมโซม สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากอะซิติเลชั่นของไลซีนเปลี่ยนประจุบวกให้เป็นกลาง ทำให้เป็นไปไม่ได้ที่จะจับกับกลุ่มฟอสเฟตที่มีประจุลบใน DNA เป็นผลให้ฮิสโตนถูกแยกออกจาก DNA ซึ่งนำไปสู่การลงจอดบน DNA "เปล่า" ของคอมเพล็กซ์ SWI/SNF และปัจจัยการถอดรหัสอื่น ๆ ที่กระตุ้นให้เกิดการถอดรหัส นี่คือแบบจำลอง "ถูกต้อง" ของการควบคุมอีพีเจเนติกส์

ฮิสโตนสามารถรักษาสถานะที่ถูกแก้ไขและทำหน้าที่เป็นแม่แบบสำหรับการแก้ไขฮิสโตนใหม่ ซึ่งจะจับกับ DNA หลังจากการจำลองแบบ

การเปลี่ยนแปลงของโครมาติน

ปัจจัยทางอีพิเจเนติกส์มีอิทธิพลต่อกิจกรรมการแสดงออกของยีนบางชนิดในหลายระดับ ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงฟีโนไทป์ของเซลล์หรือสิ่งมีชีวิต กลไกประการหนึ่งของผลกระทบนี้คือการเปลี่ยนแปลงโครมาติน โครมาตินเป็นส่วนที่ซับซ้อนของ DNA ซึ่งมีโปรตีน โดยส่วนใหญ่เป็นโปรตีนฮิสโตน ฮิสโตนก่อตัวเป็นนิวคลีโอโซมซึ่งมีบาดแผลที่ DNA ทำให้เกิดการบดอัดในนิวเคลียส ความเข้มของการแสดงออกของยีนขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของนิวคลีโอโซมในบริเวณที่แสดงออกอย่างแข็งขันของจีโนม โครมาตินที่ไม่มีนิวคลีโอโซมเรียกว่าโครมาตินแบบเปิด การเปลี่ยนแปลงโครมาตินเป็นกระบวนการของการเปลี่ยนแปลงเชิงรุกใน "ความหนาแน่น" ของนิวคลีโอโซมและความสัมพันธ์ของฮิสโตนต่อ DNA

พรีออน

ไมโครอาร์เอ็นเอ

เมื่อเร็ว ๆ นี้ได้รับความสนใจอย่างมากในการศึกษาบทบาทของ RNA ที่ไม่เข้ารหัสขนาดเล็ก (miRNAs) ในกระบวนการควบคุมกิจกรรมทางพันธุกรรม MicroRNA สามารถเปลี่ยนความเสถียรและการแปล mRNA ได้โดยการเชื่อมโยงเสริมกับบริเวณที่ยังไม่แปลขนาด 3 นิ้วของ mRNA

ความหมาย

การถ่ายทอดทางพันธุกรรมในเซลล์ร่างกายมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ จีโนมของเซลล์ทั้งหมดเกือบจะเหมือนกัน ในเวลาเดียวกัน สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ประกอบด้วยเซลล์ที่แตกต่างกันซึ่งรับรู้สัญญาณสิ่งแวดล้อมในรูปแบบที่ต่างกันและทำหน้าที่ต่างกัน เป็นปัจจัยทางอีพีเจเนติกส์ที่ให้ “ความจำระดับเซลล์”

ยา

ปรากฏการณ์ทางพันธุกรรมและอีพีเจเนติกส์มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อสุขภาพของมนุษย์ มีโรคที่ทราบหลายประการที่เกิดขึ้นเนื่องจากความบกพร่องของเมทิลเลชั่นของยีน เช่นเดียวกับภาวะเม็ดเลือดแดงแตกของยีนที่มีรอยประทับของจีโนม ปัจจุบันการบำบัดด้วยอีพีเจเนติกส์กำลังได้รับการพัฒนาเพื่อรักษาโรคเหล่านี้โดยมุ่งเป้าไปที่อีพิจีโนมและแก้ไขความผิดปกติ สำหรับสิ่งมีชีวิตหลายชนิด ความเชื่อมโยงระหว่างฤทธิ์ของฮิสโตน อะซิติเลชัน/ดีอะซิติเลชันกับอายุขัยได้รับการพิสูจน์แล้ว บางทีกระบวนการเดียวกันนี้อาจส่งผลต่ออายุขัยของมนุษย์

วิวัฒนาการ

แม้ว่าอีพิเจเนติกส์จะได้รับการพิจารณาเป็นหลักในบริบทของความจำเซลล์ร่างกาย แต่ก็ยังมีผลกระทบจากอีพิเจเนติกส์ที่ถ่ายทอดทางพันธุกรรมหลายประการ ซึ่งการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมจะถูกส่งต่อไปยังลูกหลาน การเปลี่ยนแปลงอีพิเจเนติกส์นั้นแตกต่างจากการกลายพันธุ์ตรงที่การเปลี่ยนแปลงสามารถย้อนกลับได้และอาจเกิดขึ้นได้โดยตรง (แบบปรับตัว) เนื่องจากส่วนใหญ่หายไปหลังจากผ่านไปไม่กี่ชั่วอายุคน จึงสามารถปรับตัวได้เพียงชั่วคราวเท่านั้น นอกจากนี้ยังมีการอภิปรายอย่างแข็งขันเกี่ยวกับความเป็นไปได้ที่อีพีเจเนติกส์จะมีอิทธิพลต่อความถี่ของการกลายพันธุ์ในยีนหนึ่งๆ ผ่านการประทับตราจีโนม ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่อัลลีลของยีนมีโปรไฟล์เมทิลเลชันที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับผู้ปกครองที่รับเพศนั้น กรณีที่มีชื่อเสียงที่สุดของโรคที่เกี่ยวข้องกับการประทับคือ Angelman syndrome และ Prader-Willi syndrome ทั้งสองเกิดจากการลบบางส่วนในภูมิภาค 15q นี่เป็นเพราะการมีอยู่ของรอยประทับจีโนมที่บริเวณนี้

ผลกระทบของอีพีเจเนติกส์ที่ดัดแปลงพันธุกรรม

มาร์คัส เพมเบรย์ ( มาร์คัส เพมเบรย์) และคณะพบว่าหลาน (แต่ไม่ใช่หลานสาว) ของผู้ชายที่ต้องเผชิญภาวะอดอยากในสวีเดนในศตวรรษที่ 19 มีโอกาสน้อยที่จะ โรคหลอดเลือดหัวใจแต่จะเสี่ยงต่อโรคเบาหวานได้มากกว่าซึ่งผู้เขียนเชื่อว่าเป็นตัวอย่างของการถ่ายทอดทางพันธุกรรมแบบอีพีเจเนติกส์

มะเร็งและความผิดปกติของพัฒนาการ

สารหลายชนิดมีคุณสมบัติเป็นสารก่อมะเร็งในอีพีเจเนติกส์: พวกมันทำให้อุบัติการณ์ของเนื้องอกเพิ่มขึ้นโดยไม่แสดงผลกระทบต่อการกลายพันธุ์ (เช่น ไดเอทิลสติลเบสตรอลอาร์เซไนต์, เฮกซะคลอโรเบนซีน, สารประกอบนิกเกิล) สารก่อวิรูปหลายชนิด โดยเฉพาะไดเอทิลสติลเบสตรอล มีผลเฉพาะต่อทารกในครรภ์ในระดับเอพิเจเนติกส์

การเปลี่ยนแปลงของฮิสโตนอะซิติเลชั่นและ DNA methylation นำไปสู่การพัฒนาของมะเร็งต่อมลูกหมากโดยการเปลี่ยนกิจกรรมของยีนต่างๆ กิจกรรมของยีนในมะเร็งต่อมลูกหมากอาจได้รับอิทธิพลจากการรับประทานอาหารและรูปแบบการใช้ชีวิต

ในปี 2551 สถาบันแห่งชาติ US Health ประกาศว่าจะใช้เงิน 190 ล้านดอลลาร์ในการศึกษาอีพีเจเนติกส์ในอีก 5 ปีข้างหน้า ตามที่นักวิจัยบางคนซึ่งเป็นผู้ริเริ่มการระดมทุนกล่าวว่าอีพีเจเนติกส์อาจมีบทบาทในการรักษาโรคของมนุษย์มากกว่าพันธุกรรม

ศาสตร์

จะเป็นอย่างไรหากการตัดสินใจของคุณที่จะกินมันฝรั่งทอดอีกถุงหนึ่งหรือสูบบุหรี่อีกมวนหนึ่งอาจไม่เพียงส่งผลต่อสุขภาพของคุณเท่านั้น แต่ยังรวมถึงสุขภาพของลูก ๆ ของคุณด้วย? ยิ่งไปกว่านั้น จะเกิดอะไรขึ้นหากวิถีชีวิตของคุณส่งผลต่อสุขภาพของลูก ๆ หลาน ๆ และเหลนของคุณ? ปรากฎว่าขึ้นอยู่กับการเลือกในแต่ละวันของเรามากกว่าที่เราจินตนาการไว้มาก

มุมมองแบบดั้งเดิมของ DNA คือการแสดงออกผ่านยีนของเรา ซึ่งช่วยให้เราอยู่รอด สืบพันธุ์ และพัฒนาได้ และ DNA นั้นเป็น DNA ที่มีความคงที่และสืบทอดตามธรรมชาติมาเป็นเวลาหลายพันปี อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบัน ดูเหมือนว่าสภาพแวดล้อม เช่น ความเครียด โภชนาการ และสภาพแวดล้อม ไม่เพียงแต่มีอิทธิพลต่อพฤติกรรมของ DNA ของเราเท่านั้น แต่ยังส่งผลต่อ DNA ของลูกหลานของเราด้วย แม้ว่าพวกเขาจะยังอยู่ในร่างก็ตาม

ทั้งหมดนี้เกี่ยวข้องกับวิทยาศาสตร์ที่ค่อนข้างใหม่ที่เรียกว่าเอพิเจเนติกส์ ด้านล่างนี้ เราจะมาดูการค้นพบที่สำคัญที่สุด 5 ประการในอีพิเจเนติกส์ และความหมายต่อสุขภาพของเรา

5. สิ่งที่ DNA สามารถทำได้มีความสำคัญมากกว่าโครงสร้างของมันมาก

DNA เป็นโครงสร้างที่สำคัญ อย่างไรก็ตาม มันไม่ได้รับผิดชอบต่อทุกสิ่ง หน้าที่กำกับดูแลที่คล้ายกันเป็นของอีพิจีโนม ตามที่ John Cloud อธิบายไว้ เอพิจีโนมจะควบคุมที่ด้านบนของจีโนมและบอกให้แต่ละยีนทำงานหรือไม่ผ่านเครื่องหมายอีพิเจเนติกส์ นี่คือพื้นฐานของอีพีเจเนติกส์ ซึ่งเป็นการศึกษาการเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมของยีนของเราที่สามารถถ่ายทอดต่อไปได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนรหัสพันธุกรรมของเราจริงๆ ซึ่งอาจหมายความว่าร่างกายของเราสามารถมีการตอบสนองทางชีวภาพต่อสภาวะแวดล้อมที่ส่งผลต่อสุขภาพของเราทั้งเชิงบวกและเชิงลบโดยไม่ต้องเปลี่ยน DNA ของเรา

ตัวอย่างเช่น Cloud แนะนำให้แสดงตัวอย่างอีพีเจเนติกส์โดยพิจารณาจากฝาแฝดที่มีสารพันธุกรรมเหมือนกัน แล้วทำไมฝาแฝดถึงไม่ป่วยด้วยโรคเดียวกัน เช่น โรคหอบหืด หรือ ความผิดปกติทางจิต- Epigenetics มีบทบาทในกรณีนี้หรือไม่? ปัจจุบันวิทยาศาสตร์กำลังยุ่งอยู่กับคำถามเหล่านี้ นอกจากนี้นักวิจัยกำลังศึกษาว่ามียาหรือวิธีการที่สามารถนำมาใช้ได้หรือไม่ ด้านที่ดีกว่าเปลี่ยนพฤติกรรมทางพันธุกรรม

4. เมื่อพูดถึงการลุกลามของโรค เอพิเจเนติกส์เป็นตัวกำหนดทิศทาง

เป็นเรื่องดีที่ DNA สามารถใช้เป็นแพะรับบาปได้ แต่มีปัจจัยอื่นๆ ที่เพิ่มโอกาสของเราในการเป็นโรคเฉพาะ เช่น: ปัญหาสิ่งแวดล้อมโภชนาการที่ไม่ดี ปฏิสัมพันธ์ทางสังคม และการสัมผัสกับสิ่งแวดล้อมที่ส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงอีพิเจเนติกส์

ดังที่ซาราห์ บัลเดาฟ นักอีพีเจเนติกส์ตั้งข้อสังเกต การแสดงออกของการเปลี่ยนแปลงอีพีเจเนติกส์ในช่วงบั้นปลายของชีวิตอาจเป็นสาเหตุของโรคที่เกี่ยวข้องกับอายุ เช่น โรคอัลไซเมอร์ “เมื่อเราอายุมากขึ้น ยีนของเราก็จะมีอายุมากขึ้นด้วย ดังนั้นพวกมันจึงสามารถปิดตัวลงได้ ซึ่งนำไปสู่โรคภัยไข้เจ็บ” เธอกล่าว สิ่งนี้อาจหมายถึงอะไร? นักวิจัยหวังว่าจะพัฒนายาที่ควบคุมการเปลี่ยนแปลงอีพิเจเนติกส์ซึ่งจะช่วยปกป้องเราหรือหยุดยั้งโรคได้

เธอยกตัวอย่างหนึ่งของผลงานของทีมวิจัยที่ค้นพบการเปลี่ยนแปลงของอีพิเจเนติกส์ในหนูซึ่งนำไปสู่การพัฒนาโรคลูปัสในสัตว์ฟันแทะ อย่างไรก็ตาม พวกเขาสามารถรักษาหนูได้อย่างสมบูรณ์โดยการสร้างยาที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของอีพิเจเนติกส์

3. อีพีเจเนติกส์มีความเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับการพัฒนาของมะเร็ง

ก่อนหน้านี้ มะเร็งถูกรวมอยู่ในรายการโรคที่อาจเกิดขึ้นที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของอีพิเจเนติกส์แล้ว หัวข้อนี้สมควรได้รับการอภิปรายเพิ่มเติมเนื่องจากมีความเป็นไปได้ที่จะมีความเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับวิทยาศาสตร์

นักวิจัยกำลังพิจารณาถึงความเป็นไปได้ที่การเปลี่ยนแปลงของอีพิจีโนมจะขับเคลื่อนการเติบโตของเนื้องอก ผู้เชี่ยวชาญเชื่อว่ามะเร็งมีความเกี่ยวข้องมาระยะหนึ่งแล้วกับการกลายพันธุ์ที่ทำให้เซลล์ของเราไม่สามารถปกป้องเราได้อีกต่อไป หรือกับการสูญเสียการป้องกันนั้นเมื่อเซลล์แบ่งตัว นี่เป็นเรื่องจริง อย่างไรก็ตาม มีเหตุผลประการที่สาม เนื้องอกสามารถเติบโตได้เนื่องจากเซลล์ที่ดีซึ่งมีการป้องกันที่ดีเยี่ยมจะรับสัญญาณอีพิเจเนติกส์ไม่ให้ทำงาน ด้วยความช่วยเหลือของยาและแม้แต่การเปลี่ยนแปลงวิถีชีวิต เราอาจสามารถเปลี่ยนพฤติกรรมของอีพีเจเนติกส์ได้ในอนาคต และทำให้เซลล์ป้องกันเหล่านี้กลับมาทำงานได้อีกครั้ง

การประชุมสถาบันวิจัยโรคมะเร็งแห่งอเมริกาเมื่อเร็วๆ นี้ ได้พิจารณาความเชื่อมโยงระหว่างอีพีเจเนติกส์กับมะเร็ง ตัวอย่างเช่น Roderick Dashwood หนึ่งในผู้เชี่ยวชาญ อธิบายการศึกษาที่แสดงให้เห็นว่าด้วยความช่วยเหลือของอาหารบางชนิด เช่น บรอกโคลี คุณสามารถ "ปิด" การทำงานของโปรตีนพิเศษที่พัฒนาในร่างกายมนุษย์พร้อมกับมะเร็งได้ และไม่อนุญาตให้เซลล์ตายตามธรรมชาติ

2. การดูแลก่อนคลอดเป็นสิ่งสำคัญในการติดตามการเปลี่ยนแปลงของอีพิเจเนติกส์

จะเกิดอะไรขึ้นหากหนูตั้งท้องสัมผัสกับยาฆ่าแมลงและยาฆ่าเชื้อรา? สิ่งนี้จะส่งผลกระทบต่อลูกหลานของเธอหรือไม่? ใช่อย่างแน่นอน ในการศึกษานี้ การเปลี่ยนแปลงของอีพิเจเนติกส์เกิดขึ้นในระหว่างการสัมผัสนี้ ซึ่งนำไปสู่การเพิ่มอุบัติการณ์ของ ภาวะมีบุตรยากในชายหรือมีส่วนทำให้การผลิตอสุจิแย่ลงมาก ยิ่งไปกว่านั้น การเปลี่ยนแปลงอีพีเจเนติกส์เหล่านี้ยังคงมีอยู่ต่อไปอีกสี่ชั่วอายุคน (!) ดังนั้นการดูแลก่อนคลอดจึงเป็นกุญแจสำคัญต่อสุขภาพของลูกหลานและคนรุ่นต่อๆ ไป

ดังนั้นหากการดูแลก่อนคลอดเป็นสิ่งสำคัญ มีช่วงระยะเวลาใดของการตั้งครรภ์ที่จำเพาะเจาะจงซึ่งจำเป็นต้องมีการดูแลเป็นพิเศษหรือไม่? ดูเหมือนว่าจะเป็นเช่นนั้น การศึกษาของมหาวิทยาลัยโคลัมเบียเชื่อมโยงภาวะโภชนาการไม่เพียงพอระหว่างตั้งครรภ์กับ ผลกระทบด้านลบเพื่อสุขภาพที่ดีของลูกไปตลอดชีวิต อย่างไรก็ตาม สิ่งที่น่าสนใจยิ่งกว่านั้นก็คือความจริงที่ว่าภาวะทุพโภชนาการเป็นอันตรายอย่างยิ่งในช่วง 10 สัปดาห์แรกของการตั้งครรภ์

1. อีพิเจเนติกส์ไม่เพียงเกี่ยวข้องกับระบบนิเวศเท่านั้น แต่ยังรวมถึงปฏิสัมพันธ์ทางสังคมด้วย

เมื่อพูดถึงอีพีเจเนติกส์ การนับจำนวนครั้งต่อวันที่คุณกอดลูกน้อยจะมีความหมายใหม่ ดูเหมือนว่าการเปลี่ยนแปลงของอีพิเจเนติกส์ยังเกี่ยวข้องกับปฏิสัมพันธ์ทางสังคมและพฤติกรรมด้วย

การศึกษาชิ้นหนึ่งแสดงให้เห็นว่าวิธีที่หนูดูแลลูกของมันส่งผลต่อพฤติกรรมในอนาคตของทารกและเครื่องหมายของอีพีเจเนติกส์ นอกจากนี้ ทีมนักวิจัยยังแสดงให้เห็นว่าพวกเขาสามารถชดเชยการขาดการดูแลด้วยความช่วยเหลือของยาพิเศษ ซึ่งจะช่วยเปลี่ยนภูมิหลังของเอพิเจเนติกส์

สำหรับคนทั่วไป เมื่อสถานการณ์ตึงเครียดเกิดขึ้นในชีวิต พวกเขายังทิ้งร่องรอยไว้ว่าจีโนมของเรามีพฤติกรรมอย่างไร นอกจากนี้ การเปลี่ยนแปลงของอีพิเจเนติกส์ยังคงมีอยู่แม้ว่าฮอร์โมนความเครียดจะออกจากร่างกายไปแล้วก็ตาม

การจัดลำดับดีเอ็นเอของจีโนมมนุษย์และจีโนมของสิ่งมีชีวิตต้นแบบต่างๆ ได้สร้างความตื่นเต้นอย่างมากในชุมชนชีวการแพทย์และในหมู่ประชาชนทั่วไปในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา พิมพ์เขียวทางพันธุกรรมเหล่านี้ซึ่งแสดงให้เห็นถึงกฎเกณฑ์ที่เป็นที่ยอมรับโดยทั่วไปของการสืบทอด Mendelian ขณะนี้พร้อมสำหรับการวิเคราะห์อย่างรอบคอบ ซึ่งเปิดประตูสู่ความเข้าใจที่มากขึ้นเกี่ยวกับชีววิทยาและโรคของมนุษย์ ความรู้นี้ยังเพิ่มความหวังใหม่สำหรับกลยุทธ์การรักษาใหม่ๆ อย่างไรก็ตาม คำถามพื้นฐานหลายข้อยังคงไม่ได้รับคำตอบ ตัวอย่างเช่น การพัฒนาตามปกติเกิดขึ้นได้อย่างไร โดยที่แต่ละเซลล์มีข้อมูลทางพันธุกรรมที่เหมือนกัน แต่ยังเป็นไปตามเส้นทางการพัฒนาเฉพาะของตัวเองด้วยความแม่นยำทางเวลาและเชิงพื้นที่สูง เซลล์จะตัดสินใจได้อย่างไรว่าเมื่อใดควรแบ่งและแยกความแตกต่าง และเมื่อใดควรรักษาอัตลักษณ์ของเซลล์ ตอบสนองและแสดงออกตามโปรแกรมการพัฒนาตามปกติ ข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้นในกระบวนการข้างต้นสามารถนำไปสู่สภาวะของโรคเช่นมะเร็งได้ ข้อผิดพลาดเหล่านี้ถูกเข้ารหัสในพิมพ์เขียวที่ผิดพลาดซึ่งเราได้รับมาจากผู้ปกครองคนใดคนหนึ่งหรือทั้งสองคน หรือมีข้อมูลด้านกฎระเบียบอื่นๆ ที่ไม่ได้อ่านและถอดรหัสอย่างถูกต้องหรือไม่

ในมนุษย์ ข้อมูลทางพันธุกรรม (DNA) ถูกจัดเป็นโครโมโซม 23 คู่ ซึ่งประกอบด้วยยีนประมาณ 25,000 ยีน โครโมโซมเหล่านี้สามารถเปรียบเทียบได้กับห้องสมุดที่มีหนังสือหลายชุดซึ่งร่วมกันให้คำแนะนำเกี่ยวกับการพัฒนาสิ่งมีชีวิตของมนุษย์ทั้งหมด ลำดับนิวคลีโอไทด์ DNA ของจีโนมของเราประกอบด้วยเบสประมาณ (3 x 10 ยกกำลัง 9) ซึ่งย่อในลำดับนี้ด้วยตัวอักษรสี่ตัว A, C, G และ T ซึ่งประกอบเป็นคำบางคำ (ยีน) ประโยค บทที่ และ หนังสือ อย่างไรก็ตาม สิ่งที่กำหนดอย่างชัดเจนว่าควรอ่านหนังสือต่างๆ เหล่านี้เมื่อใดและตามลำดับใดยังไม่ชัดเจน คำตอบสำหรับความท้าทายพิเศษนี้น่าจะอยู่ที่การทำความเข้าใจว่าเหตุการณ์ของเซลล์ประสานกันอย่างไรในระหว่างการพัฒนาปกติและผิดปกติ

หากคุณรวมโครโมโซมทั้งหมดเข้าด้วยกัน โมเลกุล DNA ในยูคาริโอตที่สูงกว่าจะมีความยาวประมาณ 2 เมตร ดังนั้นจึงต้องควบแน่นให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ - ประมาณ 10,000 ครั้ง - เพื่อให้พอดีกับนิวเคลียสของเซลล์ - ช่องของเซลล์ใน ซึ่งเป็นสารพันธุกรรมของเราที่ถูกเก็บไว้ การพัน DNA เข้ากับแกนม้วนของโปรตีนที่เรียกว่าโปรตีนฮิสโตน ถือเป็นวิธีแก้ปัญหาที่สวยงามสำหรับปัญหาบรรจุภัณฑ์นี้ และทำให้เกิดโพลีเมอร์ของโปรตีนที่ทำซ้ำได้: DNA complexes ที่รู้จักกันในชื่อโครมาติน อย่างไรก็ตาม ในกระบวนการบรรจุ DNA เพื่อให้พอดีกับพื้นที่จำกัด งานจะซับซ้อนมากขึ้น เหมือนกับการวางหนังสือบนชั้นวางห้องสมุดมากเกินไป การค้นหาและอ่านหนังสือที่เลือกก็จะยากขึ้นเรื่อยๆ และด้วยเหตุนี้ระบบการจัดทำดัชนีจึงมีความจำเป็น

การจัดทำดัชนีนี้จัดทำโดยโครมาตินเพื่อเป็นแพลตฟอร์มสำหรับการจัดระเบียบจีโนม โครมาตินไม่เป็นเนื้อเดียวกันในโครงสร้าง เขาแสดงใน รูปแบบต่างๆบรรจุภัณฑ์ - จากไฟบริลของโครมาตินที่มีความเข้มข้นสูง (รู้จักกันในชื่อเฮเทอโรโครมาติน) ไปจนถึงรูปแบบที่มีการบีบอัดน้อยกว่าซึ่งโดยทั่วไปจะแสดงยีนออกมา (เรียกว่ายูโครมาติน) การเปลี่ยนแปลงสามารถนำไปสู่โครมาตินโพลีเมอร์ที่อยู่ด้านล่างได้โดยการรวมโปรตีนฮิสโตนที่ผิดปกติ (เรียกว่าตัวแปรฮิสโตน) โครงสร้างโครมาตินที่เปลี่ยนแปลง (เรียกว่าการเปลี่ยนแปลงโครมาติน) และการเติมแท็กทางเคมีให้กับโปรตีนฮิสโตนเอง (เรียกว่าการดัดแปลงโควาเลนต์) . ยิ่งไปกว่านั้น การเติมหมู่เมทิลโดยตรงไปยังฐานไซโตซีน (C) ในเทมเพลต DNA (เรียกว่า DNA เมทิลเลชัน) สามารถสร้างตำแหน่งที่เกาะติดโปรตีนเพื่อเปลี่ยนแปลงสถานะของโครมาตินหรือมีอิทธิพลต่อการเปลี่ยนแปลงโควาเลนต์ของฮิสโตนประจำถิ่น

ข้อมูลล่าสุดชี้ให้เห็นว่า RNA ที่ไม่ได้เข้ารหัสสามารถ "กำหนดทิศทาง" การเปลี่ยนแปลงของภูมิภาคเฉพาะของจีโนมไปสู่สถานะโครมาตินที่มีขนาดกะทัดรัดมากขึ้น ดังนั้น โครมาตินจึงควรถูกมองว่าเป็นพอลิเมอร์แบบไดนามิกที่สามารถจัดทำดัชนีจีโนมและขยายสัญญาณจากสภาพแวดล้อมภายนอก ซึ่งท้ายที่สุดแล้วเป็นตัวกำหนดว่ายีนใดควรแสดงออกและยีนใดไม่ควรแสดงออก

เมื่อนำมารวมกัน ความสามารถในการควบคุมเหล่านี้ทำให้โครมาตินมีหลักการจัดระเบียบจีโนมที่เรียกว่า "เอพิเจเนติกส์" ในบางกรณี รูปแบบการจัดทำดัชนีอีพีเจเนติกส์ดูเหมือนจะสามารถถ่ายทอดทางพันธุกรรมได้ในระหว่างการแบ่งเซลล์ ดังนั้นจึงทำให้เกิด "หน่วยความจำ" ของเซลล์ที่สามารถขยายศักยภาพสำหรับข้อมูลที่ถ่ายทอดทางพันธุกรรมที่มีอยู่ในรหัสพันธุกรรม (DNA) ดังนั้น ในความหมายที่แคบของคำนี้ อีพีเจเนติกส์จึงสามารถนิยามได้ว่าเป็นการเปลี่ยนแปลงในการถอดรหัสยีนที่เกิดจากการปรับโครมาติน ซึ่งไม่ได้เป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงในลำดับนิวคลีโอไทด์ของ DNA

การทบทวนนี้แนะนำแนวคิดพื้นฐานที่เกี่ยวข้องกับโครมาตินและอีพีเจเนติกส์ และอภิปรายว่าการควบคุมอีพีเจเนติกส์อาจให้เบาะแสเกี่ยวกับความลึกลับที่มีมายาวนานได้อย่างไร เช่น การระบุตัวตนของเซลล์ การเติบโตของเนื้องอก ความเป็นพลาสติกของเซลล์ต้นกำเนิด การงอกใหม่ และการแก่ชรา ในขณะที่ผู้อ่านอ่านบทต่อๆ ไป เราขอแนะนำให้พวกเขาพิจารณาแบบจำลองการทดลองที่หลากหลายซึ่ง เห็นได้ชัดว่ามีพื้นฐานทางอีพิเจเนติกส์ (ไม่ใช่ DNA) หากแสดงในแง่กลไก การทำความเข้าใจว่าการทำงานของอีพีเจเนติกส์น่าจะมีผลกระทบที่สำคัญและกว้างขวางต่อชีววิทยาและโรคของมนุษย์ในยุค "หลังจีโนม" นี้อย่างไร