โรคอีพีเจเนติกส์ Epigenetics และกระบวนการชราของร่างกาย การพัฒนาและแผนงานสำหรับอนาคต

บทความสำหรับการแข่งขัน "bio/mol/text": Epigenetics เป็นสาขาที่มีการพัฒนาอย่างรวดเร็วในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา วิทยาศาสตร์สมัยใหม่- บทบาทที่ชัดเจนที่สุดของกลไก epigenetic ในกระบวนการพัฒนาคือเมื่อจากเซลล์ของตัวอ่อนระยะแรกซึ่งมี DNA ที่เหมือนกันทุกประการเซลล์พิเศษจำนวนมากของสิ่งมีชีวิตที่โตเต็มวัยจะเกิดขึ้นซึ่งแตกต่างกัน อย่างไรก็ตาม ปรากฎว่าบทบาทนี้ไม่ได้จำกัดอยู่เพียงการพัฒนาและยังสามารถแสดงออกมาได้หลังจากเสร็จสิ้นแล้ว การวิจัยในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาแสดงให้เห็นว่าสุขภาพของมนุษย์ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับสภาวะที่เกิดการพัฒนาในระยะแรก นอกจากนี้ยังได้รับการเปิดเผยว่าการดัดแปลงอีพีเจเนติกส์สามารถถ่ายทอดไปยังรุ่นต่อๆ ไป ซึ่งส่งผลต่อการแสดงลักษณะทางฟีโนไทป์ต่างๆ ในเด็กและแม้แต่หลาน

การศึกษาอีพีเจเนติกส์อย่างรวดเร็วทำให้เราเข้าใกล้ความเข้าใจหลักการพื้นฐานของการออกแบบและการทำงานมากขึ้น ระบบภายในสิ่งมีชีวิตทั้งหมด

รู้หรือไม่ว่าเซลล์ของเรามีความจำ? พวกเขาจำได้ว่าไม่เพียงแต่สิ่งที่คุณมักจะกินเป็นอาหารเช้า แต่ยังจำสิ่งที่แม่และยายของคุณกินระหว่างตั้งครรภ์ด้วย เซลล์จำได้ดีว่าคุณเล่นกีฬาและดื่มแอลกอฮอล์บ่อยแค่ไหน หน่วยความจำเซลลูล่าร์จะจัดเก็บการเผชิญหน้ากับไวรัส* และความรักของคุณในวัยเด็ก หน่วยความจำระดับเซลล์เป็นตัวตัดสินว่าคุณมีแนวโน้มที่จะอ้วนและซึมเศร้าหรือไม่ และต้องขอบคุณหน่วยความจำระดับเซลล์เป็นส่วนใหญ่ ทำให้เราแตกต่างจากลิงชิมแปนซี แม้ว่าเราจะมีองค์ประกอบจีโนมที่เหมือนกันโดยประมาณก็ตาม ศาสตร์แห่งอีพิเจเนติกส์ช่วยให้เราเข้าใจคุณลักษณะอันน่าทึ่งของเซลล์ของเรา

* - ทำสิ่งนี้ได้อย่างเชี่ยวชาญที่สุด ระบบภูมิคุ้มกัน,กักเก็บแอนติบอดีต่อไวรัสส่วนใหญ่ที่เคยบุกรุกร่างกาย โปรไฟล์ส่วนบุคคลของแอนติบอดีเหล่านี้สามารถ "อ่าน" ได้โดยใช้วิธี ViroScan และสามารถบันทึกประวัติการต่อสู้ทางภูมิคุ้มกันทั้งหมดได้โดยใช้เลือดหนึ่งไมโครลิตร: "การสอบสวนดำเนินการโดย ViroScan แนวทางใหม่ระบุไวรัสส่วนใหญ่ที่มนุษย์ต้องเผชิญ"

ภูมิทัศน์แบบ Epigenetic

Epigenetics เป็นสาขาวิชาวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ที่ค่อนข้างใหม่ และในขณะที่ยังไม่เป็นที่รู้จักอย่างกว้างขวางว่าเป็น "น้องสาว" - พันธุกรรม แปลจากภาษากรีกคำนำหน้า "epi-" หมายถึง "ด้านบน", "ด้านบน", "ด้านบน" หากพันธุกรรมศึกษากระบวนการที่นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในยีนของเราใน DNA แล้วอีพีเจเนติกส์จะศึกษาการเปลี่ยนแปลงในการทำงานของยีน ซึ่งโครงสร้างหลักของ DNA ยังคงเหมือนเดิม อีพิเจเนติกส์เปรียบเสมือน “ผู้บังคับบัญชา” ที่ตอบสนองต่อสิ่งเร้าภายนอก (เช่น โภชนาการ ความเครียดทางอารมณ์ การออกกำลังกาย) ออกคำสั่งให้ยีนของเราเสริมสร้างความเข้มแข็งหรือในทางกลับกัน ทำให้กิจกรรมของพวกมันอ่อนแอลง*

* — กระบวนการทางอีพิเจเนติกส์และปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องมีการอธิบายโดยละเอียดในบทความ: “การพัฒนาและเอพิเจเนติกส์หรือเรื่องราวของมิโนทอร์” “นาฬิกาอีพิเจเนติก: เมทิลโลมของคุณอายุเท่าไหร่” , “เกี่ยวกับ RNA ทั้งหมดในโลก ทั้งขนาดใหญ่และขนาดเล็ก”, “ฐาน DNA ที่หก: จากการค้นพบไปสู่การจดจำ”

บางทีคำจำกัดความที่แม่นยำที่สุดและในเวลาเดียวกันอาจเป็นของนักชีววิทยาชาวอังกฤษผู้มีชื่อเสียง Peter Medawar ผู้ได้รับรางวัลโนเบล: "พันธุศาสตร์แนะนำ แต่ epigenetics กำจัด"

การพัฒนาอีพีเจเนติกส์เป็นสาขาหนึ่งของอณูชีววิทยาเริ่มขึ้นในวัยสี่สิบของศตวรรษที่ผ่านมา จากนั้นนักพันธุศาสตร์ชาวอังกฤษ Conrad Waddington ได้กำหนดแนวคิดของ "ภูมิทัศน์ epigenetic" (รูปที่ 1) โดยอธิบายกระบวนการสร้างสิ่งมีชีวิต ต้องใช้เวลาหลายทศวรรษกว่าที่อีพีเจเนติกส์จะถูกมองว่าเป็นวิทยาศาสตร์ใหม่อย่างจริงจัง ระเบียบวินัยทางวิทยาศาสตร์- สถานการณ์นี้ยังคงมีอยู่เป็นเวลานานเพราะด้วยข้อสรุปของอีพีเจเนติกส์ได้บ่อนทำลายความเชื่อที่เป็นที่ยอมรับในพันธุศาสตร์ ตัวอย่างเช่นเกี่ยวกับการสืบทอดลักษณะที่ได้มา สถานการณ์ที่มีการค้นพบองค์ประกอบจีโนมเคลื่อนที่โดย B. McClintock ซึ่งมีเพียงไม่กี่คนที่อยากจะเชื่อมาครึ่งศตวรรษก็เกือบจะสะท้อนออกมาแล้ว แต่หลังจากงานกำหนดนิยามหลายชุดที่ดำเนินการโดย John Gurdon, Robin Halliday, Boris Vanyushin และคนอื่นๆ ในปี 1970 ในที่สุด Epigenetics ก็ได้รับการพิจารณาอย่างจริงจัง และเมื่อเร็ว ๆ นี้ในช่วงเปลี่ยนสหัสวรรษมีการทดลองที่ยอดเยี่ยมจำนวนหนึ่งเกิดขึ้นหลังจากนั้นก็เห็นได้ชัดว่ากลไก epigenetic ที่มีอิทธิพลต่อจีโนมไม่เพียง แต่มีบทบาทสำคัญในการทำงานของระบบของร่างกายเท่านั้น แต่ยังสามารถสืบทอดได้อีกด้วย ตลอดหลายชั่วอายุคน ห้องปฏิบัติการหลายแห่งได้รับหลักฐานทันทีที่ทำให้นักพันธุศาสตร์ต้องหยุดชั่วคราว

รูปที่ 1. K.H. Waddington และภาพวาด "ภูมิทัศน์ epigenetic" ของเขาลูกบอลที่อยู่ด้านบนแสดงถึงเซลล์เริ่มต้นที่ไม่เฉพาะเจาะจงของเอ็มบริโอ ภายใต้อิทธิพลของสัญญาณทางพันธุกรรมและอีพีเจเนติกส์ เซลล์จะได้รับวิถีของการสร้างเซลล์ (การพัฒนา) และจะกลายเป็นเซลล์เฉพาะทาง - เซลล์ของหัวใจ ตับ ฯลฯ ภาพวาดจากเว็บไซต์ www.computerra.ru

ดังนั้นในปี 1998 R. Paro และ D. Cavalli ได้ทำการทดลองกับดรอสโซฟิล่าสายพันธุ์ดัดแปลงพันธุกรรม โดยปล่อยให้พวกมันสัมผัสกับความร้อน หลังจากนั้นแมลงวันผลไม้ก็เปลี่ยนสีตาและผลกระทบนี้คงอยู่มาหลายชั่วอายุคนโดยไม่มีอิทธิพลจากภายนอก (รูปที่ 2) พบว่าองค์ประกอบของโครโมโซม Fab-7 ส่งผ่านมรดกอีพิเจเนติกส์ระหว่างไมโทซิสและไมโอซิส

รูปที่ 2 ดวงตาของแมลงวันผลไม้สองตัว
เนื่องจากสีตาที่แตกต่างกัน
การเปลี่ยนแปลงของ epigenetic
ภาพจาก www.ethlife.ethz.ch

ในปี 2003 นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันจาก Duke University R. Jirtle และ R. Waterland ได้ทำการทดลองกับหนูพันธุ์หนูพันธุ์ agouti ที่ตั้งครรภ์ (หนู agouti สีเหลือง (Avy)) ซึ่งมีขนสีเหลืองและมีแนวโน้มที่จะเป็นโรคอ้วน (รูปที่ 3) พวกเขาเพิ่มกรดโฟลิก วิตามินบี 12 โคลีน และเมไทโอนีน ลงในอาหารของหนู ส่งผลให้ลูกหลานปกติไม่มีความผิดปกติปรากฏขึ้น ปัจจัยทางโภชนาการซึ่งทำหน้าที่เป็นผู้บริจาคของกลุ่มเมทิล ทำให้ยีน agouti เป็นกลางซึ่งทำให้เกิดการเบี่ยงเบนโดย DNA methylation: ฟีโนไทป์ของลูกหลาน Avy ของพวกเขาเปลี่ยนไปเนื่องจากเมทิลเลชั่นของ CpG dinucleotides ใน Avy locus ยิ่งไปกว่านั้น ผลกระทบของการรับประทานอาหารยังคงมีอยู่ในรุ่นต่อๆ มา: หนู agouti เกิดมาอย่างปกติด้วย วัตถุเจือปนอาหารและพวกมันเองก็ให้กำเนิดหนูธรรมดา แม้ว่าพวกเขาจะรับประทานอาหารตามปกติแล้ว แต่ไม่ได้เสริมด้วยกลุ่มเมทิล

รูปที่ 3 หนูทดลองจากห้องปฏิบัติการของ Randy Girtle
คุณสามารถดูว่าสีของขนของลูกเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรขึ้นอยู่กับ
จากแม่ที่ได้รับผู้บริจาคกลุ่มเมทิล - กรดโฟลิก,
วิตามินบี 12 โคลีน และเมไทโอนีน วาดจาก.

ต่อมาในปี พ.ศ. 2548 วารสาร Science ได้ตีพิมพ์ผลงานของ Michael Skinner และเพื่อนร่วมงานของเขาจากมหาวิทยาลัย Washington พวกเขาพบว่าเมื่อเติมยาฆ่าแมลง vinclozolin ในอาหารของหนูตัวเมียที่ตั้งท้อง จำนวนและความมีชีวิตของสเปิร์มในลูกตัวผู้ลดลงอย่างรวดเร็ว และผลเหล่านี้คงอยู่มาสี่ชั่วอายุคน ความเชื่อมโยงกับอีพิจีโนมได้รับการจัดตั้งขึ้นอย่างชัดเจน: การเสื่อมสภาพ ฟังก์ชั่นการสืบพันธุ์มีความสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงของ DNA methylation ของเชื้อโรค

นักวิทยาศาสตร์ถูกบังคับให้สรุปอย่างน่าตื่นเต้น: การเปลี่ยนแปลงอีพิเจเนติกส์ที่เกิดจากความเครียดซึ่งไม่ส่งผลต่อลำดับนิวคลีโอไทด์ของ DNA สามารถแก้ไขได้และส่งผ่านไปยังคนรุ่นต่อไป!

โชคชะตาไม่ได้เขียนไว้แค่ในยีนเท่านั้น

ต่อมาปรากฎว่าอิทธิพลของกลไกอีพีเจเนติกส์ในมนุษย์ (รูปที่ 4, 5) นั้นยิ่งใหญ่พอๆ กันในมนุษย์ การศึกษาที่จะกล่าวถึงต่อไปเป็นที่รู้จักอย่างกว้างขวาง - มีการกล่าวถึงในเกือบทุกเรื่อง งานทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับเอพิเจเนติกส์ นักวิทยาศาสตร์จากฮอลแลนด์และสหรัฐอเมริกาในช่วงปลายทศวรรษ 2000 ตรวจดูผู้สูงอายุชาวดัตช์ที่เกิดทันทีหลังสงครามโลกครั้งที่สอง ระยะเวลาตั้งครรภ์ของมารดาใกล้เคียงกับช่วงเวลาที่ยากลำบากมากเมื่ออยู่ที่ฮอลแลนด์ในฤดูหนาวปี พ.ศ. 2487-2488 มีความหิวโหยจริงๆ นักวิทยาศาสตร์สามารถระบุได้ว่า: ความเครียดทางอารมณ์อย่างรุนแรงและการรับประทานอาหารที่อดอยากเพียงครึ่งเดียวของมารดาส่งผลเสียต่อสุขภาพของเด็กในอนาคตมากที่สุด เกิดมามีน้ำหนักแรกเกิดต่ำพวกเขา ชีวิตผู้ใหญ่มีแนวโน้มที่จะเป็นโรคหัวใจ โรคอ้วน และเบาหวาน มากกว่าเพื่อนร่วมชาติที่เกิดในอีกหนึ่งหรือสองปีหลังจากนั้น (หรือเร็วกว่านั้น) หลายเท่า

การวิเคราะห์จีโนมของพวกเขาแสดงให้เห็นว่าไม่มี DNA methylation อย่างแม่นยำในพื้นที่ที่รับประกันความปลอดภัย สุขภาพที่ดี- ดังนั้นในผู้สูงอายุชาวดัตช์ที่มารดารอดชีวิตจากภาวะอดอยากนั้น เมทิลเลชั่นของยีนการเจริญเติบโตคล้ายอินซูลิน 2 (IGF-2) จึงลดลงอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้ปริมาณ IGF-2 ในเลือดเพิ่มขึ้น และปัจจัยนี้ดังที่ทราบกันดีว่ามีความสัมพันธ์แบบผกผันกับอายุขัย: ยิ่งระดับ IGF ในร่างกายสูงขึ้น อายุก็จะสั้นลง

รูปที่ 4 โครงสร้างโครมาตินและกลไกของการดัดแปลงอีพิเจเนติกส์โครมาตินเป็นกลุ่มโปรตีนและนิวคลีโอไทด์ที่ซับซ้อนซึ่งให้การเก็บรักษาที่เชื่อถือได้และ ทำงานปกติดีเอ็นเอ. ในเซลล์ของเรา บรรจุภัณฑ์ของ DNA เปรียบเสมือนโกดังเก็บเครื่องประดับเครื่องแต่งกาย มิฉะนั้น จะเป็นไปไม่ได้ที่จะใส่เกลียว DNA ที่มีความยาว 2 เมตรลงในนิวเคลียสของเซลล์ขนาดเล็กเพียงเซลล์เดียว สาย DNA นั้นพันรอบ "เม็ดบีด" จำนวนมากที่เรียกว่า "ลูกปัด" จำนวนมากประมาณหนึ่งรอบครึ่ง นิวคลีโอโซมนิวคลีโอโซมเหล่านี้ก็ประกอบด้วยโปรตีนพิเศษหลายชนิด ฮิสโตน- ฮิสโตนมี "หาง" - การเจริญเติบโตของโปรตีนที่สามารถยาวหรือสั้นลงได้ด้วยเอนไซม์พิเศษ ความยาวของ "หาง" ดังกล่าวส่งผลโดยตรงต่อระดับการทำงานของยีนที่อยู่ใกล้มัน วาดจาก.

นักวิทยาศาสตร์ชาวนิวซีแลนด์ P. Gluckman และ M. Hanson พยายามสร้างคำอธิบายเชิงตรรกะเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณอาหารระหว่างตั้งครรภ์กับสุขภาพของเด็ก ในปี 2004 บทความของพวกเขาได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Science ซึ่งพวกเขาได้กำหนด "สมมติฐานที่ไม่ตรงกัน" ตามนั้น ในสิ่งมีชีวิตที่กำลังพัฒนา ในระดับอีพิเจเนติก การปรับตัวเชิงคาดการณ์กับสภาพแวดล้อมที่คาดหวังหลังคลอดสามารถเกิดขึ้นได้ หากการคาดการณ์ได้รับการยืนยัน สิ่งนี้จะเพิ่มโอกาสการอยู่รอดของสิ่งมีชีวิตในโลกที่มันจะมีชีวิตอยู่ หากไม่ การปรับตัวจะกลายเป็นการปรับตัวที่ไม่เหมาะสม กล่าวคือ โรคภัยไข้เจ็บ ตัวอย่างเช่นหากในระหว่างการพัฒนาของมดลูกทารกในครรภ์ได้รับอาหารในปริมาณไม่เพียงพอการเปลี่ยนแปลงทางเมตาบอลิซึมจะเกิดขึ้นโดยมีเป้าหมายเพื่อเก็บทรัพยากรอาหารเพื่อใช้ในอนาคต "สำหรับวันฝนตก"

หากมีอาหารน้อยหลังคลอดก็จะช่วยให้ร่างกายอยู่รอดได้ หากโลกที่บุคคลพบว่าตัวเองเจริญรุ่งเรืองมากกว่าที่คาดการณ์ไว้ ธรรมชาติของการเผาผลาญที่ "ประหยัด" นี้สามารถนำไปสู่โรคอ้วนและโรคเบาหวานประเภท 2 ในระยะบั้นปลายของชีวิตได้ นี่คือตัวเลือกที่เราเห็นบ่อยที่สุดในปัจจุบัน

รูปที่ 5 โครงสร้างผลึกเอ็กซ์เรย์ของนิวคลีโอโซมฮิสโตนจะแสดงเป็นสีเหลือง สีแดง สีน้ำเงิน และ ดอกไม้สีเขียว. วาดจาก.

โดยทั่วไปเราสามารถพูดได้อย่างมั่นใจว่าช่วงตั้งครรภ์และเดือนแรกของชีวิตเป็นสิ่งสำคัญที่สุดในชีวิตของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมทุกชนิดรวมถึงมนุษย์ด้วย ข้อมูลทั้งหมดที่มีอยู่ในปัจจุบันบอกว่าในช่วงเวลานี้เองที่มีการวางรากฐานทั้งหมดไม่เพียง แต่ทางร่างกายเท่านั้น แต่ยังรวมถึงสุขภาพจิตของบุคคลด้วย และผลกระทบนี้ ช่วงเริ่มต้นชีวิตนั้นยิ่งใหญ่มากจนไม่หายไปจนแก่มากการก่อรูป - ไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง - ชะตากรรมของบุคคล ดังที่นักประสาทวิทยาชาวเยอรมัน ปีเตอร์ สปอร์ค กล่าวไว้อย่างเหมาะสมว่า “ในวัยชรา บางครั้งสุขภาพของเราได้รับอิทธิพลจากการรับประทานอาหารของแม่ในระหว่างตั้งครรภ์มากกว่าอาหารในช่วงเวลาปัจจุบันของชีวิต” มันยากที่จะเชื่อ แต่ข้อเท็จจริงแสดงให้เห็นอย่างชัดเจน

Epigenetics ช่วยให้ได้ข้อสรุปที่สำคัญมาก: จากสิ่งที่แม่กินระหว่างตั้งครรภ์จากอะไร สภาพจิตใจเธอเป็นเช่นนั้นและเวลาที่เธอทุ่มเทให้กับทารกในช่วงปีแรกหลังการเกิดของเขาจะกำหนดชีวิตในอนาคตของเด็กอย่างแท้จริง

ในเวลานี้ รากฐานของทุกสิ่งได้ถูกวางแล้ว

เมทิลเลชันของดีเอ็นเอรูปที่ 6 เมทิลเลชั่นของฐานไซโตซีนของ DNA แผนภาพของเมทิลเลตไซโตซีนแสดงเอนไซม์เมทิลเลชั่นหลัก - DNA methyltransferase (DNMT) วงกลมสีแดง- กลุ่มเมทิล (-CH 3) ภาพวาดจากเว็บไซต์ www.myshared.ru

กลไกที่มีการศึกษามากที่สุดในการควบคุมการทำงานของยีนด้วย epigenetic คือกระบวนการของเมทิลเลชั่นซึ่งประกอบด้วยการเพิ่มกลุ่มเมทิล (อะตอมของคาร์บอนหนึ่งอะตอมและอะตอมของไฮโดรเจนสามอะตอม -CH3) เข้ากับฐานไซโตซีนของ DNA ที่พบในไดนิวคลีโอไทด์ CpG (รูปที่ 6) ). เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่า DNA methylation ในยูคาริโอตนั้นมีความจำเพาะต่อสายพันธุ์ และในสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง ระดับของ methylation ของจีโนมนั้นต่ำมากเมื่อเทียบกับสัตว์มีกระดูกสันหลังและพืช รากฐานสำหรับการทำความเข้าใจการทำงานของเมทิลเลชั่นถูกวางขึ้นเมื่อครึ่งศตวรรษก่อนโดยศาสตราจารย์ B.F. Vanyushin และเพื่อนร่วมงานของเขา แม้ว่าจะเชื่อกันโดยทั่วไป (และค่อนข้างถูกต้อง) ว่าเมทิลเลชั่น "ปิด" ยีน ซึ่งขัดขวางไม่ให้โปรตีนควบคุมสัมผัสกับดีเอ็นเอ แต่ก็มีการค้นพบปรากฏการณ์ที่ตรงกันข้ามเช่นกัน บางครั้ง DNA methylation เป็นสิ่งที่จำเป็นสำหรับการมีปฏิสัมพันธ์กับโปรตีน - มีการอธิบายโปรตีนพิเศษที่จับกับ m5CpG

DNA methylation มีความสำคัญในทางปฏิบัติมากที่สุดของกลไก epigenetic ทั้งหมด เนื่องจากเกี่ยวข้องโดยตรงกับอาหาร สถานะทางอารมณ์ กิจกรรมของสมองและปัจจัยอื่นๆ ดังนั้นจึงควรพูดถึงรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้ และเราจะเริ่มต้นด้วยการรับประทานอาหาร

วันนี้ก็ทราบกันดีอยู่แล้วว่า ผลิตภัณฑ์อาหารมีส่วนประกอบที่มีอิทธิพลต่อกระบวนการอีพิเจเนติกส์ในลักษณะใดลักษณะหนึ่ง ผู้หญิงเกือบทุกคนรู้ดีว่าการบริโภคกรดโฟลิกให้เพียงพอในระหว่างตั้งครรภ์เป็นสิ่งสำคัญมาก อีพิเจเนติกส์ช่วยให้เราเข้าใจถึงความสำคัญเป็นพิเศษของกรดนี้ในอาหาร เพราะท้ายที่สุดแล้ว ทั้งหมดนี้เป็นเรื่องเกี่ยวกับเมทิลเลชันของดีเอ็นเอ กรดโฟลิก พร้อมด้วยวิตามินบี 12 และกรดอะมิโนเมไทโอนีน เป็นผู้บริจาค (“ซัพพลายเออร์”) ของกลุ่มเมทิลที่จำเป็นสำหรับการทำเมทิลเลชั่นตามปกติ เมทิลเลชั่นเกี่ยวข้องโดยตรงกับกระบวนการต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับการพัฒนาและการก่อตัวของอวัยวะและระบบทั้งหมดของเด็ก: การปิดใช้งานโครโมโซม X ในเอ็มบริโอ และในการประทับตราจีโนม และในการสร้างความแตกต่างของเซลล์* ดังนั้นการรับประทานกรดโฟลิก หญิงมีครรภ์มีโอกาสแบกรับได้ดี เด็กที่มีสุขภาพดีไม่มีการเบี่ยงเบน

* - สิ่งนี้เขียนโดยละเอียดในบทความเรื่อง "ชีวโมเลกุล": "การเดินทางลึกลับของ RNA Xist ที่ไม่เข้ารหัสตามโครโมโซม X" และ "เรื่องราวจากชีวิตของโครโมโซม X ของพยาธิตัวกลมกระเทย"

วิตามินบี 12 และเมไทโอนีนแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะได้รับจากอาหารมังสวิรัติ เนื่องจากพบได้ในผลิตภัณฑ์จากสัตว์เป็นหลัก และการขาดวิตามินบี 12 และเมไทโอนีนที่เกิดจากการอดอาหารของหญิงตั้งครรภ์อาจส่งผลเสียต่อเด็กได้มากที่สุด มีการค้นพบเมื่อเร็ว ๆ นี้ว่าการขาดสารทั้งสองนี้ในอาหารรวมทั้งกรดโฟลิกอาจทำให้เกิดการละเมิดความแตกต่างของโครโมโซมในทารกในครรภ์ได้ และสิ่งนี้เพิ่มความเสี่ยงอย่างมากในการมีลูกที่เป็นดาวน์ซินโดรมซึ่งมักถือเป็นอุบัติเหตุที่น่าสลดใจ เมื่อพิจารณาจากข้อเท็จจริงเหล่านี้ ความรับผิดชอบของผู้ปกครองก็เพิ่มขึ้นอย่างมาก และตอนนี้คงเป็นเรื่องยากที่จะถือว่าทุกอย่างเป็นอุบัติเหตุ

เป็นที่ทราบกันว่าภาวะทุพโภชนาการและความเครียดในระหว่างตั้งครรภ์ทำให้ความเข้มข้นของฮอร์โมนในร่างกายของแม่และทารกในครรภ์เปลี่ยนไปในทางที่แย่ลง: กลูโคคอร์ติคอยด์, คาเทโคลามีน, อินซูลิน, ฮอร์โมนการเจริญเติบโต ฯลฯ ด้วยเหตุนี้การเปลี่ยนแปลง epigenetic เชิงลบจึงเกิดขึ้นใน เอ็มบริโอ (การเปลี่ยนแปลงโครมาติน) ในเซลล์ของไฮโปทาลามัสและต่อมใต้สมอง สิ่งนี้หมายความว่าอย่างไร? ความจริงที่ว่าทารกจะเกิดมาพร้อมกับฟังก์ชั่นที่บิดเบี้ยวของระบบกำกับดูแลไฮโปทาลามัส - ต่อมใต้สมอง ด้วยเหตุนี้ เขาจะสามารถรับมือกับความเครียดในลักษณะที่แตกต่างออกไปได้น้อยลง เช่น การติดเชื้อ ความเครียดทางร่างกายและจิตใจ ฯลฯ เห็นได้ชัดว่าการรับประทานอาหารที่ไม่ดีและความกังวลในระหว่างตั้งครรภ์ ผู้เป็นแม่ทำให้ลูกในครรภ์ของเธอเป็นผู้แพ้และอ่อนแอจากทุกด้าน

ความเป็นพลาสติกของ Epigenome: อันตรายและโอกาส

ปรากฎว่าเช่นเดียวกับความเครียดและภาวะทุพโภชนาการ สุขภาพของทารกในครรภ์อาจได้รับผลกระทบจากสารหลายชนิดที่บิดเบือนกระบวนการปกติของการควบคุมฮอร์โมน (รูปที่ 7) พวกเขาถูกเรียกว่า "ผู้ทำลายต่อมไร้ท่อ" (ผู้ทำลาย) ตามกฎแล้วสารเหล่านี้มีลักษณะเทียม: มนุษยชาติได้รับสารเหล่านี้มาทางอุตสาหกรรมตามความต้องการของพวกเขา ตัวอย่างที่เด่นชัดและเป็นลบที่สุดคือบางทีอาจเป็นบิสฟีนอลเอ ซึ่งใช้เป็นสารทำให้แข็งในการผลิตผลิตภัณฑ์พลาสติกมานานหลายปี พบได้ในภาชนะพลาสติกทุกชนิดที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน อุตสาหกรรมอาหาร: วี ขวดพลาสติกสำหรับน้ำและเครื่องดื่ม ในภาชนะบรรจุอาหาร และอื่นๆ อีกมากมาย บิสฟีนอล เอ มีอยู่ในกระป๋องอาหารและเครื่องดื่มกระป๋อง (ที่บุกระป๋อง) เช่นเดียวกับในวัสดุอุดฟัน

รูปที่ 7 องค์ประกอบทางโมเลกุลของการพัฒนาความผิดปกติภายใต้อิทธิพลของ "ตัวรบกวนต่อมไร้ท่อ": บิสฟีนอล เอ (เอ)และ พทาเลท (B). วาดจาก. คลิกที่ภาพเพื่อดูขนาดเต็ม

ผลกระทบด้านลบของสาร BPA ที่มีความเข้มข้นแม้เพียงเล็กน้อยนั้นมีมากมายและหลากหลาย และความชุกของมันก็เป็นเช่นนั้นจนแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะพบบุคคลที่ไม่มี BPA ในร่างกายในปัจจุบัน พบอยู่ตลอดเวลาไม่เพียงแต่ในเลือดเท่านั้น แต่ยังพบในเลือดด้วย นมแม่และ เลือดจากสายสะดือหญิงตั้งครรภ์ ยิ่งไปกว่านั้น ในน้ำคร่ำ (ของเหลวที่อยู่รอบๆ เอ็มบริโอ) ความเข้มข้นของบิสฟีนอล เอ นั้นสูงกว่าปริมาณในซีรั่มในเลือดของมารดาหลายเท่า ในปี พ.ศ. 2546-2547 นักวิจัยชาวอเมริกันจากศูนย์ควบคุมและป้องกันโรคได้รับผลลัพธ์ต่อไปนี้เกี่ยวกับความชุกของบิสฟีนอล เอ: จากผู้ที่ตรวจ 2,517 คน โดย 92% มีบิสฟีนอลในปัสสาวะ และความเข้มข้นของบิสฟีนอลสูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญในร่างกายของเด็กและวัยรุ่น ซึ่งยังคง มีสิ่งมีชีวิตที่มี "ระบบการทำให้บริสุทธิ์" เกิดขึ้นไม่ดี

เห็นได้ชัดว่าไม่ทางใดก็ทางหนึ่งเนื่องจากการสัมผัสกับอาหารด้วยพลาสติกส่วนหนึ่งของบิสฟีนอลจึงเข้าสู่ร่างกายมนุษย์ ผลที่ตามมาของ "การเพิ่มคุณค่า" ดังกล่าวอยู่ระหว่างการศึกษาเชิงรุก แต่ข้อเท็จจริงที่น่าตกใจกำลังเกิดขึ้นแล้ว

ดังนั้นนักชีววิทยาจาก Harvard Medical School - Katherine Rakowski และเพื่อนร่วมงานของเธอ - ค้นพบความสามารถของบิสฟีนอล เอ ในการยับยั้งการเจริญเติบโตของไข่และทำให้เกิดภาวะมีบุตรยาก Bisphenol เพิ่มอุบัติการณ์ของความผิดปกติของโครโมโซมในไข่อย่างมาก ข้อสรุปของนักวิทยาศาสตร์ไม่มีความชัดเจน: “เนื่องจากการสัมผัสกับสารนี้เกิดขึ้นได้ทุกที่ แพทย์จึงต้องตระหนักว่าบิสฟีนอล เอ สามารถก่อให้เกิดการรบกวนสุขภาพอย่างมีนัยสำคัญ ระบบสืบพันธุ์» .

เพื่อนร่วมงานจากมหาวิทยาลัยโคลัมเบียเปิดเผยข้อเท็จจริงที่น่าตกใจอีกประการหนึ่งในการทดลองกับสัตว์ พวกเขาค้นพบความสามารถของบิสฟีนอล เอ ในการลบความแตกต่างระหว่างเพศ และกระตุ้นการเกิดของลูกหลานที่มีแนวโน้มรักร่วมเพศ ภายใต้อิทธิพลของบิสฟีนอล เมทิลเลชั่นปกติของยีนที่เข้ารหัสตัวรับฮอร์โมนเอสโตรเจนซึ่งเป็นฮอร์โมนเพศหญิงก็หยุดชะงัก ด้วยเหตุนี้ หนูตัวผู้จึงเกิดมาพร้อมกับอุปนิสัย "ผู้หญิง" - เชื่องและสงบ ความแตกต่างในพฤติกรรมของชายและหญิงก็หายไป ศาสตราจารย์ เอฟ. แชมเปญ และเพื่อนร่วมงานของเขาต้องกล่าวว่า "เราได้แสดงให้เห็นว่าการได้รับสาร BPA ในขนาดต่ำทำให้เกิดความเสียหายต่ออีพีเจเนติกส์ในสมองอย่างถาวร ซึ่งอาจเป็นผลจากผลกระทบที่ยั่งยืนของ BPA ต่อการทำงานของสมองและพฤติกรรม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในประชากรข้ามเพศ ” ความแตกต่าง”

การศึกษาอื่น ๆ แสดงให้เห็นว่าบิสฟีนอลเอมีฤทธิ์เอสโตรเจนที่รุนแรงมาก (ไม่ใช่เพื่ออะไรที่เรียกว่า "ซีโนเอสโตรเจนที่แพร่หลาย") และสามารถเปลี่ยนโปรไฟล์เมทิลเลชั่นได้ ดังนั้นกิจกรรมของยีนบางตัว (เช่น Hoxa10) ในระหว่าง การพัฒนาของตัวอ่อน ผลที่ตามมาต่อสุขภาพของมนุษย์อาจเป็นผลเสียมากที่สุด - ในวัยผู้ใหญ่ความเสี่ยงในการเกิดโรคบางอย่าง (โรคอ้วน, เบาหวาน, ความผิดปกติของระบบสืบพันธุ์ ฯลฯ ) เพิ่มขึ้น

แต่โชคดีที่ยังมีตัวอย่างโต้แย้งอยู่ด้วย ดังนั้นจึงเป็นที่ทราบกันว่าการบริโภคชาเขียวเป็นประจำสามารถลดความเสี่ยงของโรคมะเร็งได้ เนื่องจากมีสาร epigallocatechin-3-gallate ซึ่งสามารถกระตุ้นยีนที่ยับยั้งการเจริญเติบโตของเนื้องอกโดยการทำลาย DNA ของพวกมัน ตัวดัดแปลงที่ได้รับความนิยมอย่างมากของกระบวนการ epigenetic ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาคือ genistein ซึ่งบรรจุอยู่ในผลิตภัณฑ์จากถั่วเหลือง นักวิจัยหลายคนเชื่อมโยงปริมาณถั่วเหลืองในอาหารของชาวเอเชียโดยตรงโดยมีความไวต่อโรคที่เกี่ยวข้องกับอายุน้อยกว่า

โชคชะตาของตัวละครเหรอ?

อีพีเจเนติกส์ยังช่วยให้เราเข้าใจว่าทำไมบางคนถึงมีความยืดหยุ่นและมองโลกในแง่ดี ในขณะที่คนอื่นๆ มีแนวโน้มที่จะตื่นตระหนกและซึมเศร้า* ตามธรรมเนียมในโลกวิทยาศาสตร์ การทดลองเกิดขึ้นกับสัตว์เป็นครั้งแรก ผลงานชุดนี้เป็นที่รู้จักอย่างกว้างขวางและเป็นที่รู้จักในชื่อ "การเลียและการดูแล" นักชีววิทยาชาวแคนาดาจากมหาวิทยาลัย McGill - Michael Meaney และเพื่อนร่วมงานของเขา - เริ่มศึกษาอิทธิพลของการดูแลมารดาในหนูในช่วงเดือนแรกของชีวิตของลูกหลาน โดยแบ่งลูกสุนัขออกเป็นสองกลุ่ม โดยนำส่วนหนึ่งของครอกจากแม่ทันทีหลังคลอด ไม่ได้รับการดูแลจากแม่ในรูปแบบของการเลีย ลูกสุนัขเหล่านี้ล้วนเติบโตมาอย่าง "ไม่เพียงพอ": กังวล ไม่เข้าสังคม ก้าวร้าวและขี้ขลาด

* - หากต้องการข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้ โปรดดูบทความเรื่อง "ชีวโมเลกุล": "การพัฒนาและอีพีเจเนติกส์ หรือเรื่องราวของมิโนทอร์" และ "อีพิเจเนติกส์ของพฤติกรรม: ประสบการณ์ของคุณยายส่งผลต่อยีนของคุณอย่างไร"

ลูกสุนัขทั้งหมดในกลุ่มที่ได้รับการดูแลแม่เต็มรูปแบบซึ่งได้รับการพัฒนาตามที่หนูควร: มีความกระตือรือร้น ได้รับการฝึกอบรมมาเป็นอย่างดี และกระตือรือร้นต่อสังคม อะไรคือสาเหตุของความแตกต่างที่น่าทึ่งเช่นนี้? เหตุใดการดูแลมารดาจึงมีอิทธิพลชี้ขาดต่อพัฒนาการ ลักษณะทางจิตในลูกหลาน? การวิเคราะห์ DNA ช่วยตอบคำถามเหล่านี้

จากการตรวจสอบ DNA ของหนู นักวิทยาศาสตร์พบว่าลูกสุนัขที่ไม่ได้ถูกแม่เลียนั้นประสบกับการเปลี่ยนแปลงทางอีพีเจเนติกส์ในเชิงลบในบริเวณสมองที่เรียกว่าฮิบโปแคมปัส จำนวนตัวรับฮอร์โมนความเครียดในฮิบโปแคมปัสลดลง และด้วยเหตุนี้เองจึงทำให้เกิดปฏิกิริยาที่ไม่เพียงพอ ระบบประสาทต่อสิ่งเร้าภายนอก: ต่อมใต้สมองสั่งให้ผลิตฮอร์โมนความเครียดมากเกินไป กล่าวอีกนัยหนึ่งสถานการณ์ที่หนูธรรมดายอมรับอย่างสงบทำให้เกิดความเครียดอย่างรุนแรงในลูกหลานที่ไม่ได้รับการดูแลจากแม่

ปรากฎว่าทุกสิ่งที่อธิบายไว้ข้างต้นใช้ได้กับการพัฒนามนุษย์อย่างแน่นอน มีการศึกษาจำนวนมากเกี่ยวกับเด็กที่ไม่ได้รับการดูแลจากผู้ปกครองหรือต้องเผชิญกับความรุนแรงบางรูปแบบในวัยเด็ก เด็กเหล่านี้ทั้งหมดโดยไม่มีข้อยกเว้น ต่อมาเติบโตขึ้นมาพร้อมกับการทำงานของระบบประสาทที่บิดเบี้ยวอย่างใดอย่างหนึ่ง และการบิดเบือนเหล่านี้ได้รับการแก้ไขโดยอีพิเจเนติกในเซลล์สมอง เด็กดังกล่าวทั้งหมดมีลักษณะเฉพาะคือปฏิกิริยาที่ไม่เพียงพอ แม้กระทั่งต่อสิ่งเร้าที่อ่อนแอซึ่งโดยปกติแล้วเด็กที่เจริญรุ่งเรืองจะรับรู้ได้ ทั้งหมดนี้ก่อตัวขึ้นในวัยผู้ใหญ่ มีแนวโน้มที่จะเป็นโรคพิษสุราเรื้อรัง ติดยาเสพติด การฆ่าตัวตาย และการกระทำที่ไม่เหมาะสมอื่น ๆ นี่คือเหตุผลที่ว่าทำไมช่วงปีแรกหลังคลอดจึงมีความสำคัญในการก่อตัว พฤติกรรมทางสังคมและวางรากฐานแห่งอุปนิสัยทั้งหมด ระยะเวลาที่พ่อแม่อุทิศให้กับลูกในช่วงเวลานี้จะเป็นตัวกำหนดอนาคตทั้งหมดของเขา ไม่ว่าเขาจะมั่นคงทางจิตใจ เข้าสังคมได้ และประสบความสำเร็จ หรือมีแนวโน้มที่จะเป็นโรคซึมเศร้าและความผิดปกติต่างๆ ก็ตาม

เป็นที่ชัดเจนว่าอิทธิพลของอีพิจีโนมยังขยายไปสู่กระบวนการที่เกี่ยวข้องกับความชราด้วย เมื่ออายุมากขึ้น เราจะสังเกตเห็นการลดลงของเมทิลเลชั่นโดยทั่วไป รวมถึงบริเวณลึกลับของจีโนมที่ประกอบขึ้นเป็นเกือบครึ่งหนึ่งของลำดับดีเอ็นเอทั้งหมด ซึ่งก็คือองค์ประกอบทางพันธุกรรมที่เคลื่อนที่ได้ (MGE) พวกมันถูกค้นพบเมื่อครึ่งศตวรรษก่อนโดยบาร์บารา แม็กคลินทอค ผู้ได้รับรางวัลโนเบล ว่าเป็นลำดับที่สามารถเคลื่อนที่ไปตามดีเอ็นเอได้อย่างน่าอัศจรรย์* ซึ่งต่างจากยีนทั่วไปตรงที่สามารถเคลื่อนที่ไปตามดีเอ็นเอได้* การกระตุ้นมากเกินไปเมื่ออายุมากขึ้นเนื่องจากดีเมทิลเลชั่น MGE จะทำให้จีโนมไม่เสถียร ทำให้เกิดการจัดเรียงโครโมโซมที่ไม่ต้องการใหม่

นอกจากนี้เมื่ออายุมากขึ้น การเปลี่ยนแปลงของเมทิลเลชั่นของยีนที่เกี่ยวข้องกับโรคที่เกี่ยวข้องกับอายุ: หลอดเลือด, ความดันโลหิตสูง, เบาหวาน, โรคอัลไซเมอร์ ฯลฯ ก็ชัดเจน นอกจากนี้ ยังค้นพบความเชื่อมโยงโดยตรงระหว่างการเปลี่ยนแปลงในอีพิจีโนมกับการผลิตสายพันธุ์ออกซิเจนที่เกิดปฏิกิริยา เช่นเดียวกับการทำงานของโปรตีนชนิดหนึ่งที่ได้รับความสนใจอย่างมากจากแพทย์ผู้สูงอายุ นั่นคือโปรตีน p66Shc ซึ่งตั้งชื่อโดยนักวิชาการ V.P. Skulachev “ผู้ไกล่เกลี่ยโปรแกรมการตายของสิ่งมีชีวิต” ดังนั้นความรู้เกี่ยวกับพื้นฐานอีพีเจเนติกส์ของการเปลี่ยนแปลงที่เกี่ยวข้องกับอายุสามารถนำมาซึ่งประโยชน์ที่สำคัญในการต่อสู้เพื่อยืดอายุและการสูงวัยอย่างมีสุขภาพดี

ผลลัพธ์และแนวโน้ม

การศึกษากลไก epigenetic ช่วยให้เข้าใจความจริงที่สำคัญมาก: ชะตากรรมของมนุษย์ส่วนใหญ่ไม่ได้เกิดจากการพยากรณ์ทางโหราศาสตร์ แต่โดยพฤติกรรมของบุคคลนั้นและพ่อแม่ของเขา อีพิเจเนติกส์แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าสิ่งต่างๆ มากมายในชีวิตขึ้นอยู่กับเรา และเรามีพลังที่จะเปลี่ยนแปลงชีวิตของเราให้ดีขึ้นได้

อีพิเจเนติกส์ยังทำให้ขอบเขตระหว่างมนุษย์กับสิ่งแวดล้อมไม่ชัดเจนอีกด้วย แน่นอนว่าไม่มีใครรู้สึกปลอดภัยในขณะที่มีการใช้สารเคมีอันตรายในปริมาณมาก สารกำจัดศัตรูพืช vinclozolin และ methoxychlor ซึ่งใช้ในการเกษตรและทำหน้าที่เป็น "ตัวทำลายต่อมไร้ท่อ" สารปรอทจากขยะอุตสาหกรรมและบิสฟีนอลเอจากการย่อยสลายพลาสติกจะแทรกซึมเข้าไปในดินและลงสู่แม่น้ำและทะเล จากนั้นเมื่อรวมกับอาหารและน้ำ พวกมันก็จะเข้าสู่ร่างกายมนุษย์ และนี่คือภัยคุกคามต่อมนุษยชาติอย่างแท้จริง

แต่ก็มีข่าวดีเช่นกัน ต่างจากข้อมูลทางพันธุกรรมที่ค่อนข้างคงที่ “เครื่องหมาย” ของอีพิเจเนติกสามารถย้อนกลับได้ภายใต้เงื่อนไขบางประการ และสิ่งนี้ทำให้สามารถพัฒนากลยุทธ์และวิธีการใหม่ขั้นพื้นฐานในการต่อสู้กับโรคที่พบบ่อยที่สุด: วิธีการที่มุ่งกำจัด * การดัดแปลงอีพีเจเนติกส์ที่เกิดขึ้นในมนุษย์ภายใต้อิทธิพลของปัจจัยที่ไม่เอื้ออำนวย ไม่ใช่เรื่องบังเอิญที่นักวิทยาศาสตร์บางคนเรียกศตวรรษปัจจุบันว่าศตวรรษแห่งอีพีเจเนติกส์ เมื่อศึกษาประวัติความเป็นมาของการพัฒนา วิทยาศาสตร์ธรรมชาติโดยเฉพาะอย่างยิ่งชีววิทยาและพันธุศาสตร์ เราอาจจะรู้สึกว่าปีที่ผ่านมาทั้งหมดเป็นช่วงเตรียมการขนาดใหญ่ การสะสมความแข็งแกร่งก่อนที่จะค้นพบความสำคัญอย่างยิ่งยวดอย่างแท้จริง และวันนี้เราอาจกำลังยืนอยู่บนธรณีประตูของการค้นพบเหล่านี้

* - วิธีนี้สามารถนำไปใช้ได้ (และกำลังดำเนินการอยู่) ได้อธิบายไว้ในบทความ "ยาสำหรับ epigenome"

การแสดงอาการทางอีพีเจเนติกส์สามารถถ่ายทอดจากรุ่นหนึ่งไปยังอีกรุ่นหนึ่งได้

ในเวลานี้ รากฐานของทุกสิ่งได้ถูกวางแล้ว

มีการศึกษาดีที่สุดในปัจจุบัน กลไก epigeneticคือเมทิลเลชั่นของเบสไซโตซีนใน DNA 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 เดอโนโวเมทิลทรานสเฟอเรสซึ่งสร้างโปรไฟล์ DNA methylation ระยะแรกการพัฒนาและ DNMT1 ดำเนินการ DNA methylation ในระยะหลังของชีวิตของสิ่งมีชีวิต เอนไซม์ DNMT1 มีความสัมพันธ์กับ 5-methylcytosine สูง เมื่อ DNMT1 พบ "ตำแหน่งเฮมิเมทิลเลต" (ตำแหน่งที่ไซโตซีนบนสาย DNA เพียงเส้นเดียวถูกเมทิลเลต) มันจะทำปฏิกิริยาเมทิลเลตไซโตซีนบนสายที่สองที่ตำแหน่งเดียวกัน 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" ของการควบคุมอีพิเจเนติกส์

ฮิสโตนสามารถรักษาสถานะที่ถูกแก้ไขและทำหน้าที่เป็นแม่แบบสำหรับการแก้ไขฮิสโตนใหม่ ซึ่งจะจับกับ DNA หลังจากการจำลองแบบ

การเปลี่ยนแปลงของโครมาติน

ปัจจัยทางอีพีเจเนติกส์มีอิทธิพลต่อกิจกรรมการแสดงออกของยีนบางชนิดในหลายระดับ ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงฟีโนไทป์ของเซลล์หรือสิ่งมีชีวิต กลไกประการหนึ่งของผลกระทบนี้คือการเปลี่ยนแปลงโครมาติน โครมาตินเป็นส่วนที่ซับซ้อนของ DNA ซึ่งมีโปรตีน โดยส่วนใหญ่เป็นโปรตีนฮิสโตน ฮิสโตนก่อตัวเป็นนิวคลีโอโซมซึ่งมีบาดแผลที่ DNA ทำให้เกิดการบดอัดในนิวเคลียส ความเข้มข้นของการแสดงออกของยีนขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของนิวคลีโอโซมในบริเวณที่แสดงออกอย่างแข็งขันของจีโนม โครมาตินที่ไม่มีนิวคลีโอโซมเรียกว่าโครมาตินแบบเปิด การเปลี่ยนแปลงโครมาตินเป็นกระบวนการของการเปลี่ยนแปลง "ความหนาแน่น" ของนิวคลีโอโซมและความสัมพันธ์ของฮิสโตนต่อ DNA อย่างแข็งขัน

พรีออน

ไมโครอาร์เอ็นเอ

เมื่อเร็ว ๆ นี้ได้รับความสนใจอย่างมากในการศึกษาบทบาทของ RNA ที่ไม่เข้ารหัสขนาดเล็ก (miRNAs) ในกระบวนการควบคุมกิจกรรมทางพันธุกรรม MicroRNA สามารถเปลี่ยนความเสถียรและการแปล mRNA ได้โดยการเชื่อมโยงเสริมกับพื้นที่ 3′ ที่ไม่แปลของ mRNA

ความหมาย

การถ่ายทอดทางพันธุกรรมในเซลล์ร่างกายมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ จีโนมของเซลล์ทั้งหมดแทบจะเหมือนกัน ในเวลาเดียวกันสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ประกอบด้วยเซลล์ที่แตกต่างกันซึ่งรับรู้สัญญาณต่างกัน สิ่งแวดล้อมและทำหน้าที่ต่างๆ เป็นปัจจัยอีพีเจเนติกส์ที่ให้ “ความจำระดับเซลล์”

ยา

ปรากฏการณ์ทางพันธุกรรมและอีพีเจเนติกส์มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อสุขภาพของมนุษย์ มีโรคที่ทราบหลายประการที่เกิดขึ้นเนื่องจากความบกพร่องของเมทิลเลชั่นของยีน เช่นเดียวกับภาวะเม็ดเลือดแดงแตกของยีนที่มีรอยประทับของจีโนม ปัจจุบันการบำบัดด้วยอีพีเจเนติกกำลังได้รับการพัฒนาเพื่อรักษาโรคเหล่านี้โดยมุ่งเป้าไปที่อีพิจีโนมและแก้ไขความผิดปกติ สำหรับสิ่งมีชีวิตหลายชนิด ความเชื่อมโยงระหว่างฤทธิ์ของฮิสโตน อะซิติเลชัน/ดีอะซิติเลชันกับอายุขัยได้รับการพิสูจน์แล้ว บางทีกระบวนการเดียวกันนี้อาจส่งผลต่ออายุขัยของมนุษย์

วิวัฒนาการ

แม้ว่าอีพิเจเนติกส์จะได้รับการพิจารณาเป็นหลักในบริบทของความจำเซลล์ร่างกาย แต่ก็ยังมีผลกระทบจากอีพิเจเนติกส์ที่ถ่ายทอดทางพันธุกรรมหลายประการ ซึ่งการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมจะถูกส่งต่อไปยังลูกหลาน การเปลี่ยนแปลงอีพิเจเนติกส์นั้นแตกต่างจากการกลายพันธุ์ตรงที่การเปลี่ยนแปลงสามารถย้อนกลับได้และอาจเกิดขึ้นได้โดยตรง (แบบปรับตัว) เนื่องจากส่วนใหญ่หายไปหลังจากผ่านไปไม่กี่ชั่วอายุคน จึงสามารถปรับตัวได้เพียงชั่วคราวเท่านั้น ความเป็นไปได้ของอีพิเจเนติกส์ที่มีอิทธิพลต่อความถี่ของการกลายพันธุ์ในยีนนั้น ๆ ก็ยังถูกพูดคุยกันอย่างแข็งขัน ตระกูล APOBEC/AID ของโปรตีน cytosine deaminase แสดงให้เห็นว่าเกี่ยวข้องกับการถ่ายทอดทางพันธุกรรมและ epigenetic โดยใช้กลไกระดับโมเลกุลที่คล้ายคลึงกัน พบเหตุการณ์อีพีเจเนติกส์ที่ดัดแปลงพันธุกรรมมากกว่า 100 กรณีในสิ่งมีชีวิตหลายชนิด

ผลกระทบของอีพีเจเนติกส์ในมนุษย์

รอยประทับจีโนมและโรคที่เกี่ยวข้อง

โรคของมนุษย์บางชนิดมีความเกี่ยวข้องด้วย

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

มะเร็งและความผิดปกติของพัฒนาการ

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

การเปลี่ยนแปลงของฮิสโตนอะซิติเลชั่นและดีเอ็นเอเมทิลเลชั่นนำไปสู่การพัฒนาของมะเร็งต่อมลูกหมากโดยการเปลี่ยนกิจกรรมของยีนต่างๆ กิจกรรมของยีนในมะเร็งต่อมลูกหมากอาจได้รับอิทธิพลจากการรับประทานอาหารและรูปแบบการใช้ชีวิต

ในปี 2551 สถาบันแห่งชาติ US Health ประกาศว่าจะใช้เงิน 190 ล้านดอลลาร์ในการศึกษาอีพีเจเนติกส์ในอีก 5 ปีข้างหน้า ตามที่นักวิจัยบางคนซึ่งเป็นผู้ริเริ่มการระดมทุนกล่าวว่าอีพีเจเนติกส์อาจมีบทบาทในการรักษาโรคของมนุษย์มากกว่าพันธุกรรม

4612 0

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา วิทยาศาสตร์การแพทย์ได้เปลี่ยนความสนใจจากการศึกษารหัสพันธุกรรมมากขึ้นเรื่อยๆ ไปสู่กลไกลึกลับที่ทำให้ DNA ตระหนักถึงศักยภาพของมัน นั่นคือ มันถูกบรรจุและทำปฏิกิริยากับโปรตีนในเซลล์ของเรา

ปัจจัยที่เรียกว่าอีพีเจเนติกส์เป็นปัจจัยที่ถ่ายทอดทางพันธุกรรม ย้อนกลับได้ และมีบทบาทสำคัญในการรักษาสุขภาพของคนรุ่นทั้งหมด

การเปลี่ยนแปลงของอีพิเจเนติกส์ในเซลล์สามารถกระตุ้นให้เกิดมะเร็ง โรคทางระบบประสาทและทางจิต ความผิดปกติของภูมิต้านตนเอง จึงไม่น่าแปลกใจที่อีพิเจเนติกส์จะดึงดูดความสนใจของแพทย์และนักวิจัยจากสาขาต่างๆ

ยีนของคุณเข้ารหัสลำดับนิวคลีโอไทด์ที่ถูกต้องนั้นไม่เพียงพอ การแสดงออกของยีนแต่ละชนิดเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนอย่างไม่น่าเชื่อซึ่งต้องอาศัยการประสานงานที่สมบูรณ์แบบของการกระทำของโมเลกุลที่มีส่วนร่วมหลายตัว

อีพีเจเนติกส์ก่อให้เกิดความท้าทายเพิ่มเติมสำหรับการแพทย์และวิทยาศาสตร์ที่เราเพิ่งเริ่มเข้าใจ

ทุกเซลล์ในร่างกายของเรา (มีข้อยกเว้นบางประการ) มี DNA เดียวกัน ซึ่งพ่อแม่ของเราบริจาคให้ อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่ทุกส่วนของ DNA ที่จะสามารถทำงานได้ในเวลาเดียวกัน ยีนบางตัวทำงานในเซลล์ตับ ยีนบางตัวทำงานในเซลล์ผิวหนัง และยีนบางตัวทำงานในเซลล์ประสาท ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมเซลล์ของเราจึงมีความแตกต่างกันอย่างมากและมีความเชี่ยวชาญเฉพาะทางของตัวเอง

กลไกอีพิเจเนติกส์ช่วยให้แน่ใจว่าเซลล์บางประเภทจะทำงานด้วยรหัสเฉพาะสำหรับประเภทนั้น

ตลอดทั้ง ชีวิตมนุษย์ยีนบางตัวสามารถ "หลับ" หรือถูกกระตุ้นโดยฉับพลันได้ การเปลี่ยนแปลงที่คลุมเครือเหล่านี้ได้รับอิทธิพลจากเหตุการณ์ในชีวิตหลายพันล้านเหตุการณ์ เช่น การย้ายไปยังพื้นที่ใหม่ การหย่าร้างกับภรรยา การไปยิม การเมาค้าง หรือการกินแซนด์วิชที่เน่าเสีย เหตุการณ์เกือบทั้งหมดในชีวิต ทั้งเล็กและใหญ่สามารถส่งผลต่อการทำงานของยีนบางชนิดในตัวเรา

คำจำกัดความของเอพิเจเนติกส์

ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา คำว่า "เอพิเจเนซิส" และ "เอพิเจเนติกส์" ถูกนำมาใช้ในสาขาชีววิทยาต่างๆ และเมื่อไม่นานมานี้ นักวิทยาศาสตร์ได้บรรลุฉันทามติเกี่ยวกับความหมายที่ชัดเจนของคำเหล่านี้ จนกระทั่งถึงการประชุม Cold Spring Harbor ปี 2008 ความสับสนก็ถูกยุติลงทันทีและตลอดไปด้วยการนำเสนอคำจำกัดความอย่างเป็นทางการของอีพีเจเนติกส์และการเปลี่ยนแปลงอีพีเจเนติกส์

การเปลี่ยนแปลงทางอีพิเจเนติกส์คือการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมในการแสดงออกของยีนและฟีโนไทป์ของเซลล์ที่ไม่ส่งผลกระทบต่อลำดับดีเอ็นเอ ฟีโนไทป์เป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นชุดคุณลักษณะทั้งหมดของเซลล์ (สิ่งมีชีวิต) - ในกรณีของเรานี่คือโครงสร้าง เนื้อเยื่อกระดูกและกระบวนการทางชีวเคมี ความฉลาดและพฤติกรรม สีผิวและสีตา เป็นต้น

แน่นอนว่าฟีโนไทป์ของสิ่งมีชีวิตขึ้นอยู่กับรหัสพันธุกรรมของมัน แต่ยิ่งนักวิทยาศาสตร์ได้เจาะลึกประเด็นของอีพิเจเนติกส์ ยิ่งเห็นได้ชัดเจนมากขึ้นว่าลักษณะบางอย่างของร่างกายได้รับการสืบทอดมาหลายชั่วอายุคนโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงรหัสพันธุกรรม (การกลายพันธุ์)

นี่เป็นการเปิดเผยสำหรับหลาย ๆ คน: ร่างกายสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนยีน และถ่ายทอดลักษณะใหม่เหล่านี้ไปยังลูกหลาน

การศึกษาเกี่ยวกับอีพิเจเนติกส์ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาได้พิสูจน์แล้วว่าปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมซึ่งอาศัยอยู่ในหมู่ผู้สูบบุหรี่ ความเครียดอย่างต่อเนื่องโภชนาการที่ไม่ดี - สามารถนำไปสู่ความผิดปกติร้ายแรงในการทำงานของยีน (แต่ไม่ใช่ในโครงสร้าง) และความผิดปกติเหล่านี้สามารถถ่ายทอดไปยังคนรุ่นอนาคตได้อย่างง่ายดาย ข่าวดีก็คือว่าพวกมันสามารถย้อนกลับได้ และในบางรุ่นที่ N พวกมันสามารถละลายได้อย่างไร้ร่องรอย

เพื่อให้เข้าใจถึงพลังของอีพีเจเนติกส์ได้ดีขึ้น ลองจินตนาการถึงชีวิตของเราเป็นภาพยนตร์ขนาดยาว

ห้องขังของเราคือนักแสดงและนักแสดง และ DNA ของเราเป็นสคริปต์ที่เตรียมไว้ล่วงหน้า ซึ่งแต่ละคำ (ยีน) จะทำหน้าที่ออกคำสั่งที่จำเป็นให้กับนักแสดง ในภาพยนตร์เรื่องนี้ อีพีเจเนติกส์เป็นผู้กำกับ สคริปต์อาจจะเหมือนกัน แต่ผู้กำกับมีอำนาจที่จะลบฉากและบทสนทนาบางส่วนออกได้ ดังนั้นในชีวิต อีพิเจเนติกส์จะตัดสินใจว่าทุกเซลล์ในร่างกายอันใหญ่โตของเราจะพูดอะไรและอย่างไร

อีพีเจเนติกส์และสุขภาพ

เมทิลเลชั่น การเปลี่ยนแปลงของโปรตีนฮิสโตนหรือนิวคลีโอโซม (“ตัวบรรจุดีเอ็นเอ”) สามารถถ่ายทอดทางพันธุกรรมและนำไปสู่โรคได้

ลักษณะทางอีพีเจเนติกส์ที่มีการศึกษามากที่สุดคือเมทิลเลชั่น นี่คือกระบวนการเพิ่มกลุ่มเมทิล (CH3-) ลงใน DNA

โดยทั่วไป เมทิลเลชั่นส่งผลต่อการถอดรหัสยีน เช่น การคัดลอก DNA ไปสู่ RNA หรือขั้นตอนแรกในการจำลอง DNA

การศึกษาในปี 1969 เป็นครั้งแรกที่แสดงให้เห็นว่า DNA methylation สามารถเปลี่ยนความจำระยะยาวของแต่ละบุคคลได้ ตั้งแต่นั้นมา บทบาทของเมทิลเลชั่นในการพัฒนาโรคต่างๆ ก็เริ่มเป็นที่เข้าใจมากขึ้น

โรคระบบภูมิคุ้มกัน

หลักฐานที่รวบรวมในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาบอกเราว่าการสูญเสียการควบคุมอีพีเจเนติกส์ต่อกระบวนการภูมิคุ้มกันที่ซับซ้อนสามารถนำไปสู่โรคแพ้ภูมิตัวเองได้ ดังนั้นเมทิลเลชั่นที่ผิดปกติใน T lymphocytes จึงพบได้ในผู้ที่เป็นโรคลูปัส - โรคอักเสบซึ่งระบบภูมิคุ้มกันจะโจมตีอวัยวะและเนื้อเยื่อของโฮสต์

นักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ มั่นใจว่า DNA methylation เป็นสาเหตุที่แท้จริงของการเกิดโรคข้ออักเสบรูมาตอยด์

โรคประสาทจิตเวช

บาง ความเจ็บป่วยทางจิตความผิดปกติของสเปกตรัมออทิสติก และโรคเกี่ยวกับความเสื่อมของระบบประสาทมีองค์ประกอบอีพีเจเนติกส์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับ DNA methyltransferases (DNMTs) ซึ่งเป็นกลุ่มของเอนไซม์ที่ถ่ายโอนกลุ่มเมทิลไปยังนิวคลีโอไทด์ที่ตกค้างใน DNA

บทบาทของ DNA methylation ในการพัฒนาโรคอัลไซเมอร์ได้รับการพิสูจน์แล้วในทางปฏิบัติ จากการศึกษาวิจัยชิ้นใหญ่พบว่าแม้จะขาดงานก็ตาม อาการทางคลินิกยีน เซลล์ประสาทในผู้ป่วยที่เสี่ยงต่อโรคอัลไซเมอร์ พวกมันจะถูกเมทิลต่างจากในสมองปกติ

มีการเสนอทฤษฎีเกี่ยวกับบทบาทของเมทิลเลชั่นในการพัฒนาออทิสติกมาเป็นเวลานาน การชันสูตรพลิกศพจำนวนมากเพื่อตรวจสมองของผู้ป่วยยืนยันว่าเซลล์ของพวกเขามีโปรตีน MECP2 (โปรตีนที่จับกับเมทิล-CpG 2) ไม่เพียงพอ นี่เป็นสารสำคัญอย่างยิ่งที่จะจับและกระตุ้นยีนเมทิลเลต หากไม่มี MECP2 การทำงานของสมองจะบกพร่อง

โรคมะเร็ง

เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่ามะเร็งขึ้นอยู่กับยีน หากเชื่อกันว่าจนถึงยุค 80 มันเป็นเพียงเรื่องของการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรมตอนนี้นักวิทยาศาสตร์รู้เกี่ยวกับบทบาทของปัจจัย epigenetic ในการเกิดขึ้นและการลุกลามของมะเร็งและแม้กระทั่งในการต่อต้านการรักษา

ในปี 1983 มะเร็งกลายเป็นโรคแรกของมนุษย์ที่มีความเชื่อมโยงกับอีพีเจเนติกส์ จากนั้นนักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบว่าเซลล์มะเร็งลำไส้ใหญ่และทวารหนักมีเมทิลเลตน้อยกว่าเซลล์ในลำไส้ปกติมาก การขาดกลุ่มเมทิลทำให้เกิดความไม่แน่นอนในโครโมโซมและเริ่มสร้างมะเร็ง ในทางกลับกัน กลุ่มเมทิลที่มากเกินไปใน DNA “ทำให้หลับ” ยีนบางตัวที่ทำหน้าที่ยับยั้งมะเร็ง

เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของอีพิเจเนติกส์สามารถย้อนกลับได้ การวิจัยเพิ่มเติมจึงได้ปูทางไปสู่การรักษามะเร็งที่เป็นนวัตกรรมใหม่

ในวารสาร Oxford Carcinogenesis เมื่อปี 2009 นักวิทยาศาสตร์เขียนว่า “ความจริงที่ว่าการเปลี่ยนแปลงของอีพีเจเนติกส์ ต่างจากการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรม อาจสามารถย้อนกลับได้และสามารถกลับคืนสู่ภาวะปกติได้ ทำให้การบำบัดด้วยอีพิเจเนติกส์เป็นทางเลือกที่น่าหวัง”

อีพีเจเนติกส์ยังคงเป็นวิทยาศาสตร์อายุน้อย แต่ด้วยผลกระทบหลายแง่มุมของการเปลี่ยนแปลงอีพีเจเนติกส์ต่อเซลล์ ความสำเร็จของมันจึงน่าทึ่งอยู่แล้ว เป็นเรื่องน่าเสียดายที่ไม่เร็วกว่า 30-40 ปีลูกหลานของเราจะสามารถตระหนักได้อย่างเต็มที่ว่ามันมีความหมายต่อสุขภาพของมนุษยชาติมากแค่ไหน

: เภสัชศาสตรมหาบัณฑิตและนักแปลทางการแพทย์มืออาชีพ

อีพิเจเนติกส์เป็นสาขาหนึ่งของพันธุศาสตร์ที่เพิ่งกลายเป็นสาขาการวิจัยอิสระเมื่อไม่นานมานี้ แต่วันนี้หนุ่มวิทยาศาสตร์ไดนามิก นำเสนอข้อมูลเชิงลึกเชิงปฏิวัติเกี่ยวกับกลไกระดับโมเลกุลของการพัฒนาระบบสิ่งมีชีวิต.

หนึ่งในสมมติฐานอีพิเจเนติกส์ที่กล้าหาญและสร้างแรงบันดาลใจมากที่สุด ที่ว่ากิจกรรมของยีนหลายชนิดขึ้นอยู่กับอิทธิพลภายนอก ขณะนี้ได้รับการยืนยันในการทดลองหลายครั้งในสัตว์ทดลอง นักวิจัยให้ความเห็นเกี่ยวกับผลลัพธ์ของพวกเขาอย่างระมัดระวัง แต่อย่าตัดประเด็นนั้นออกไป โฮโมเซเปียนส์ไม่ได้ขึ้นอยู่กับพันธุกรรมโดยสมบูรณ์ ซึ่งหมายความว่าสามารถมีอิทธิพลต่อพันธุกรรมได้อย่างมีเจตนา

ในอนาคต หากนักวิทยาศาสตร์ปรากฏว่าถูกต้องและสามารถค้นหากุญแจสู่กลไกการควบคุมยีนได้ มนุษย์ก็จะสามารถควบคุมกระบวนการทางกายภาพที่เกิดขึ้นในร่างกายได้ ความชราก็อาจเป็นหนึ่งในนั้น

ในรูป กลไกการรบกวนของ RNA

โมเลกุล dsRNA อาจเป็นกิ๊บ RNA หรือสาย RNA เสริมสองคู่ที่จับคู่กัน
โมเลกุล dsRNA ขนาดยาวถูกตัด (แปรรูป) ในเซลล์ให้เป็นขนาดสั้นโดยเอนไซม์ Dicer: หนึ่งในโดเมนของมันจับส่วนปลายของโมเลกุล dsRNA โดยเฉพาะ (มีเครื่องหมายดอกจัน) ในขณะที่อีกโดเมนทำให้เกิดการแตกหัก (ทำเครื่องหมายด้วยลูกศรสีขาว) ใน dsRNA ทั้งสองเส้น

เป็นผลให้เกิด RNA แบบเกลียวคู่ที่มีความยาว 20-25 นิวคลีโอไทด์ (siRNA) และ Dicer ดำเนินไปสู่รอบถัดไปของการตัด dsRNA โดยจับกับปลายที่สร้างขึ้นใหม่

siRNA เหล่านี้สามารถรวมเข้ากับสารเชิงซ้อนที่มีโปรตีน Argonaute (AGO) สายโซ่ siRNA สายหนึ่งที่ซับซ้อนกับโปรตีน AGO จะค้นหาโมเลกุล Messenger RNA (mRNA) เสริมในเซลล์ AGO ตัดโมเลกุล mRNA เป้าหมาย ทำให้ mRNA เสื่อมลง หรือหยุดการแปล mRNA บนไรโบโซม RNA แบบสั้นยังสามารถระงับการถอดรหัส (การสังเคราะห์ RNA) ของยีนที่คล้ายคลึงกันในลำดับนิวคลีโอไทด์ในนิวเคลียส
(ภาพวาด แผนภาพ และความคิดเห็น / นิตยสาร Nature ฉบับที่ 1, 2550)

กลไกอื่นๆ ที่ยังไม่ทราบก็เป็นไปได้เช่นกัน
ความแตกต่างระหว่างอีพิเจเนติกส์และ กลไกทางพันธุกรรมการสืบทอดในความเสถียรและความสามารถในการทำซ้ำของเอฟเฟกต์ ลักษณะที่กำหนดทางพันธุกรรมสามารถทำซ้ำได้อย่างไม่มีกำหนดจนกว่าการเปลี่ยนแปลงบางอย่าง (การกลายพันธุ์) จะเกิดขึ้นในยีนที่เกี่ยวข้อง
การเปลี่ยนแปลงทางอีพิเจเนติกส์ที่เกิดจากสิ่งเร้าบางอย่างมักเกิดขึ้นซ้ำในช่วงการสร้างเซลล์ต่างๆ ภายในช่วงชีวิตของสิ่งมีชีวิตหนึ่งๆ เมื่อถ่ายทอดสู่รุ่นต่อๆ ไปก็สามารถสืบพันธุ์ได้ไม่เกิน 3-4 รุ่น และเมื่อสิ่งกระตุ้นที่กระตุ้นให้เกิดหายไปก็ค่อย ๆ หายไป

สิ่งนี้มีลักษณะอย่างไรในระดับโมเลกุล? เครื่องหมาย Epigeneticตามที่มักเรียกกันว่าสารประกอบเชิงซ้อนทางเคมีเหล่านี้ไม่ได้อยู่ในนิวคลีโอไทด์ที่สร้างลำดับโครงสร้างของโมเลกุล DNA แต่พวกมันรับสัญญาณบางอย่างโดยตรง

ถูกต้องอย่างแน่นอน เครื่องหมาย Epigenetic ไม่ได้อยู่ในนิวคลีโอไทด์จริงๆ แต่อยู่ที่พวกมัน (เมทิลเลชั่น) หรือภายนอกพวกมัน (อะซิติเลชั่นของโครมาตินฮิสโตน, microRNA)
จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อเครื่องหมายเหล่านี้ถูกส่งต่อไปยังรุ่นต่อ ๆ ไป อธิบายได้ดีที่สุดโดยใช้การเปรียบเทียบ ต้นคริสต์มาส- ถ่ายทอดจากรุ่นสู่รุ่น "ของเล่น" (เครื่องหมาย epigenetic) จะถูกลบออกอย่างสมบูรณ์ในระหว่างการก่อตัวของบลาสโตซิสต์ (ตัวอ่อน 8 เซลล์) จากนั้นในระหว่างกระบวนการปลูกถ่ายพวกมันจะถูก "ใส่" ในสถานที่เดียวกัน พวกเขาอยู่ที่ไหนมาก่อน เรื่องนี้รู้มานานแล้ว แต่สิ่งที่เป็นที่รู้จักเมื่อเร็ว ๆ นี้ และได้ปฏิวัติความเข้าใจของเราในเรื่องชีววิทยาไปอย่างสิ้นเชิงนั้น เกี่ยวข้องกับการดัดแปลงอีพิเจเนติกส์ที่ได้รับในช่วงชีวิตของสิ่งมีชีวิตหนึ่ง ๆ

ตัวอย่างเช่น หากร่างกายอยู่ภายใต้อิทธิพลของอิทธิพลบางอย่าง (ความร้อนช็อค การอดอาหาร ฯลฯ) การเหนี่ยวนำการเปลี่ยนแปลงอีพีเจเนติกส์อย่างมั่นคงจะเกิดขึ้น (“การซื้อของเล่นใหม่”) ตามที่สันนิษฐานไว้ก่อนหน้านี้ เครื่องหมายอีพีเจเนติกส์ดังกล่าวจะถูกลบออกอย่างสมบูรณ์ในระหว่างการปฏิสนธิและการสร้างเอ็มบริโอ และด้วยเหตุนี้จึงไม่ส่งต่อไปยังลูกหลาน ปรากฎว่าไม่เป็นเช่นนั้น ใน ปริมาณมากในการศึกษาล่าสุด การเปลี่ยนแปลงของอีพิเจเนติกส์ที่เกิดจากความเครียดจากสิ่งแวดล้อมในตัวแทนของรุ่นหนึ่งถูกพบในตัวแทนของรุ่นต่อๆ ไป 3-4 รุ่น สิ่งนี้บ่งบอกถึงความเป็นไปได้ของการสืบทอดลักษณะที่ได้มาซึ่งจนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ถือว่าเป็นไปไม่ได้เลย

อะไรคือปัจจัยที่สำคัญที่สุดที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของอีพีเจเนติกส์?

สิ่งเหล่านี้ล้วนเป็นปัจจัยที่ทำงานในระหว่างขั้นตอนการพัฒนาที่ละเอียดอ่อน ในมนุษย์ นี่คือช่วงเวลาทั้งหมดของการพัฒนามดลูกและสามเดือนแรกหลังคลอด ที่สำคัญที่สุดคือโภชนาการ การติดเชื้อไวรัส, การสูบบุหรี่ของมารดาในระหว่างตั้งครรภ์, การผลิตวิตามินดีไม่เพียงพอ (เนื่องจากแสงแดด), ความเครียดของมารดา
นั่นคือเพิ่มการปรับตัวของร่างกายให้เข้ากับสภาวะที่เปลี่ยนแปลงไป และยังไม่มีใครรู้ว่ามี "สาร" อะไรอยู่ระหว่างปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมและกระบวนการอีพีเจเนติกส์

แต่นอกจากนี้ ยังมีหลักฐานว่าช่วงเวลาที่ "อ่อนไหว" มากที่สุดในระหว่างที่การปรับเปลี่ยนอีพิเจเนติกส์ครั้งใหญ่เป็นไปได้นั้นเกิดขึ้นจากการมองเห็นรอบ ๆ ตัว (สองเดือนแรกหลังการปฏิสนธิ) เป็นไปได้ว่าความพยายามในการแทรกแซงแบบกำหนดเป้าหมายในกระบวนการอีพิเจเนติกส์ก่อนการปฏิสนธิ นั่นคือ ในเซลล์สืบพันธุ์ก่อนการก่อตัวของไซโกต อาจได้ผล อย่างไรก็ตาม อีพิจีโนมยังคงค่อนข้างเป็นพลาสติกแม้ว่าจะสิ้นสุดระยะการพัฒนาของตัวอ่อนแล้วก็ตาม นักวิจัยบางคนกำลังพยายามแก้ไขมันในผู้ใหญ่

ตัวอย่างเช่น มินจูฟาน ( หมิง จู ฟาง) และเพื่อนร่วมงานของเธอจากมหาวิทยาลัยรัตเกอร์ส รัฐนิวเจอร์ซีย์ (สหรัฐอเมริกา) พบว่าในผู้ใหญ่ การใช้ส่วนประกอบบางอย่างของชาเขียว (สารต้านอนุมูลอิสระ epigallocatechin gallate (EGCG)) เป็นไปได้ที่จะกระตุ้นยีนต้านมะเร็ง (สารยับยั้ง) การเจริญเติบโตของเนื้องอกผ่านทาง ดีเอ็นเอดีเมทิเลชัน

ปัจจุบันมียาประมาณหนึ่งโหลที่อยู่ระหว่างการพัฒนาในสหรัฐอเมริกาและเยอรมนีซึ่งสร้างขึ้นจากผลการศึกษาล่าสุดเกี่ยวกับ epigenetics ในการวินิจฉัยโรคมะเร็ง
คำถามสำคัญในอีพีเจเนติกส์ตอนนี้คืออะไร วิธีแก้ปัญหาของพวกเขาจะทำให้การศึกษากลไก (กระบวนการ) ของการชราก้าวหน้าได้อย่างไร

ฉันเชื่อว่ากระบวนการชรานั้นเป็นกระบวนการทางอีพิเจเนติกส์โดยธรรมชาติ (“เหมือนขั้นตอนของการเข้าสู่ร่างกาย”) การวิจัยในพื้นที่นี้เพิ่งเริ่มต้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา แต่หากประสบความสำเร็จ มนุษยชาติอาจมีเครื่องมือใหม่อันทรงพลังในการต่อสู้กับโรคภัยไข้เจ็บและอายุยืนยาว
ประเด็นสำคัญในขณะนี้คือลักษณะทางอีพิเจเนติกของโรค (เช่น มะเร็ง) และการพัฒนาแนวทางใหม่ในการป้องกันและรักษา
หากเราสามารถศึกษากลไกระดับโมเลกุลของโรคที่เกี่ยวข้องกับอายุได้ ก็จะสามารถต่อต้านการพัฒนาของโรคได้สำเร็จ

ตัวอย่างเช่น ผึ้งงานมีอายุ 6 สัปดาห์ และนางพญาผึ้งมีอายุ 6 ปี
ด้วยเอกลักษณ์ทางพันธุกรรมที่สมบูรณ์ พวกมันจึงแตกต่างกันแค่สิ่งที่ผึ้งนางพญาในอนาคตจะได้รับอาหารในระหว่างการพัฒนาเท่านั้น รอยัลเยลลีนานกว่าผึ้งงานทั่วไปหลายวัน

เป็นผลให้ตัวแทนของวรรณะผึ้งเหล่านี้พัฒนาอีพิจีโนไทป์ที่แตกต่างกันเล็กน้อย และถึงแม้จะมีความคล้ายคลึงกันภายนอกและทางชีวเคมี แต่อายุขัยก็ต่างกัน 50 เท่า!

จากการวิจัยในช่วงทศวรรษที่ 60 พบว่าปริมาณลดลงตามอายุ แต่นักวิทยาศาสตร์มีความก้าวหน้าในการตอบคำถามหรือไม่: เหตุใดจึงเกิดเหตุการณ์เช่นนี้?

มีงานจำนวนมากที่บ่งชี้ว่าลักษณะและอัตราการชราภาพขึ้นอยู่กับเงื่อนไขของการเกิดมะเร็งในระยะเริ่มแรก ส่วนใหญ่เชื่อมโยงสิ่งนี้กับการแก้ไขกระบวนการอีพีเจเนติกส์

DNA methylation จะลดลงตามอายุจริง ๆ เหตุใดจึงเกิดเหตุการณ์นี้ขึ้นยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด เวอร์ชันหนึ่งคือนี่เป็นผลมาจากการปรับตัว ซึ่งเป็นความพยายามของร่างกายในการปรับตัวให้เข้ากับความเครียดภายนอกและ "ความเครียดขั้นสูง" ภายใน - ความชรา

เป็นไปได้ว่า DNA "ถูกเปิดใช้งาน" ในระหว่างการลดเมทิลเลชั่นที่เกี่ยวข้องกับอายุเป็นทรัพยากรในการปรับตัวเพิ่มเติมซึ่งเป็นหนึ่งในอาการของกระบวนการ vitaukt (ตามที่เรียกโดยแพทย์ผู้สูงอายุที่โดดเด่น Vladimir Veniaminovich Frolkis) - กระบวนการทางสรีรวิทยาที่ต่อต้านความชรา

ในการเปลี่ยนแปลงระดับยีน จำเป็นต้องระบุและแทนที่ "ตัวอักษร" ของ DNA ที่กลายพันธุ์ ซึ่งอาจเป็นส่วนหนึ่งของยีน จนถึงขณะนี้วิธีที่มีแนวโน้มมากที่สุดในการดำเนินการดังกล่าวคือเทคโนโลยีชีวภาพ แต่นี่ยังคงเป็นแนวทางการทดลองและยังไม่มีความก้าวหน้าครั้งสำคัญในเรื่องนี้ เมทิลเลชั่นเป็นกระบวนการที่ยืดหยุ่นกว่า เปลี่ยนแปลงได้ง่ายกว่า รวมถึงด้วยความช่วยเหลือจาก ยาทางเภสัชวิทยา- เป็นไปได้ไหมที่จะเรียนรู้ที่จะควบคุมแบบเลือกสรร? มีอะไรอีกที่ต้องทำเพื่อสิ่งนี้?

เมทิลเลชั่นไม่น่าเป็นไปได้ มันไม่เฉพาะเจาะจง แต่ส่งผลต่อทุกอย่าง "ขายส่ง" คุณสามารถสอนลิงให้ตีคีย์เปียโนได้ แล้วมันจะดึงออกมา เสียงดังแต่เขาไม่น่าจะแสดงเพลง "Moonlight Sonata" แม้ว่าจะมีตัวอย่างที่สามารถเปลี่ยนฟีโนไทป์ของสิ่งมีชีวิตได้ด้วยความช่วยเหลือของเมทิลเลชั่น ตัวอย่างที่โด่งดังที่สุดคือกับหนู - พาหะของยีนหนูตะเภากลายพันธุ์ (ฉันได้อ้างถึงแล้ว) การกลับคืนสู่สีขนปกติเกิดขึ้นในหนูเหล่านี้เนื่องจากยีน "บกพร่อง" ถูก "ปิด" ในหนูเหล่านี้เนื่องจากเมทิลเลชั่น

แต่มันเป็นไปได้ที่จะมีอิทธิพลต่อการแสดงออกของยีนอย่างเฉพาะเจาะจง และการแทรกแซง RNA ซึ่งทำหน้าที่อย่างเฉพาะเจาะจงอย่างมาก เฉพาะกับ "ตัวมันเอง" เท่านั้นที่ยอดเยี่ยมสำหรับสิ่งนี้ งานดังกล่าวกำลังดำเนินการอยู่

ตัวอย่างเช่น เมื่อเร็วๆ นี้ นักวิจัยชาวอเมริกันได้ปลูกถ่ายเซลล์เนื้องอกไปเป็นหนูซึ่งการทำงานของระบบภูมิคุ้มกันถูกระงับ เซลล์ของมนุษย์ซึ่งสามารถแพร่พันธุ์และแพร่กระจายในสิ่งมีชีวิตในหนูที่มีภูมิคุ้มกันบกพร่องได้อย่างอิสระ นักวิทยาศาสตร์สามารถระบุสิ่งที่แสดงออกในเซลล์ที่แพร่กระจาย และโดยการสังเคราะห์ RNA ที่รบกวนที่สอดคล้องกันและฉีดเข้าไปในหนู ขัดขวางการสังเคราะห์ RNA ของสาร "มะเร็ง" และด้วยเหตุนี้ จึงยับยั้งการเจริญเติบโตของเนื้องอกและการแพร่กระจายของเนื้อร้าย

นั่นก็ขึ้นอยู่กับ การวิจัยสมัยใหม่เราสามารถพูดได้ว่าสัญญาณอีพีเจเนติกส์รองรับกระบวนการต่างๆ ที่เกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิต พวกเขาคืออะไร? ปัจจัยอะไรที่มีอิทธิพลต่อการก่อตัวของมัน? นักวิทยาศาสตร์สามารถถอดรหัสสัญญาณเหล่านี้ได้หรือไม่?

สัญญาณอาจแตกต่างกันมาก ในระหว่างการพัฒนาและความเครียดสิ่งเหล่านี้เป็นสัญญาณของธรรมชาติของฮอร์โมนเป็นหลัก แต่มีหลักฐานว่าแม้แต่อิทธิพลของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่ต่ำในความถี่หนึ่งซึ่งมีความเข้มน้อยกว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าตามธรรมชาติหนึ่งล้าน (!) เท่า สนามสามารถนำไปสู่การแสดงออกของยีนโปรตีนช็อกความร้อน (HSP70) ในสนามเพาะเลี้ยงเซลล์ ในกรณีนี้ แน่นอนว่าฟิลด์นี้ไม่ได้ทำหน้าที่ "กระฉับกระเฉง" แต่เป็นสัญญาณประเภท "ทริกเกอร์" ที่ "เริ่ม" การแสดงออกของยีน ยังคงมีความลึกลับมากมายที่นี่

เช่น เพิ่งเปิดใหม่ ผลกระทบจากผู้ยืนดู(“ผลกระทบจากผู้ยืนดู”)
โดยย่อสาระสำคัญของมันคือสิ่งนี้ เมื่อเราฉายรังสีการเพาะเลี้ยงเซลล์ พวกมันจะพบกับปฏิกิริยาที่หลากหลาย ตั้งแต่ความผิดปกติของโครโมโซมไปจนถึงปฏิกิริยาการปรับตัวด้วยรังสี (ความสามารถในการทนต่อรังสีปริมาณสูง) แต่ถ้าเราเอาเซลล์ที่ถูกฉายรังสีทั้งหมดออก และย้ายเซลล์อื่นๆ ที่ไม่ได้ฉายรังสีไปยังสารอาหารที่เหลือ พวกมันก็จะแสดงปฏิกิริยาแบบเดียวกัน แม้ว่าจะไม่มีใครฉายรังสีก็ตาม

สันนิษฐานว่าเซลล์ที่ได้รับรังสีจะปล่อยปัจจัย "การส่งสัญญาณ" ของอีพิเจเนติกออกสู่สิ่งแวดล้อม ซึ่งทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่คล้ายกันในเซลล์ที่ไม่ได้รับรังสี ยังไม่มีใครรู้ว่าธรรมชาติของปัจจัยเหล่านี้คืออะไร

ความคาดหวังอย่างมากในการปรับปรุงคุณภาพชีวิตและอายุขัยนั้นสัมพันธ์กับความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ในด้านการวิจัยเซลล์ต้นกำเนิด เอพิเจเนติกส์จะสามารถดำเนินชีวิตตามคำสัญญาในการเขียนโปรแกรมเซลล์ใหม่ได้หรือไม่? มีเงื่อนไขเบื้องต้นที่ร้ายแรงสำหรับเรื่องนี้หรือไม่?

หากมีการพัฒนาเทคนิคที่เชื่อถือได้สำหรับ "การเขียนโปรแกรมอีพิเจเนติกส์" ของเซลล์ร่างกายให้เป็นเซลล์ต้นกำเนิด นี่จะเป็นการปฏิวัติทางชีววิทยาและการแพทย์อย่างแน่นอน จนถึงขณะนี้มีเพียงขั้นตอนแรกเท่านั้นที่ดำเนินการไปในทิศทางนี้ แต่ก็ให้กำลังใจ

คติประจำใจที่รู้จักกันดี: บุคคลคือสิ่งที่เขากิน อาหารมีผลกระทบต่อชีวิตเราอย่างไร? ตัวอย่างเช่น นักพันธุศาสตร์จากมหาวิทยาลัยเมลเบิร์น ซึ่งศึกษากลไกของหน่วยความจำของเซลล์ ค้นพบว่าหลังจากได้รับน้ำตาลเพียงครั้งเดียว เซลล์จะเก็บเครื่องหมายทางเคมีที่เกี่ยวข้องไว้เป็นเวลาหลายสัปดาห์

มีส่วนพิเศษเกี่ยวกับอีพีเจเนติกส์ด้วยซ้ำ - Epigenetics ทางโภชนาการจัดการโดยเฉพาะกับปัญหาของการพึ่งพากระบวนการ epigenetic กับลักษณะทางโภชนาการ ลักษณะเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในระยะแรกของการพัฒนาสิ่งมีชีวิต ตัวอย่างเช่นเมื่อให้นมทารกที่ไม่ได้ใช้นมแม่ แต่ใช้สูตรอาหารแห้งตาม นมวัวการเปลี่ยนแปลงของ epigenetic เกิดขึ้นในเซลล์ในร่างกายของเขาซึ่งได้รับการแก้ไขโดยกลไกการประทับซึ่งนำไปสู่กระบวนการภูมิต้านตนเองในเบต้าเซลล์ของตับอ่อนเมื่อเวลาผ่านไปและผลที่ตามมาคือเบาหวานชนิดที่ 1

ในรูป การพัฒนาของโรคเบาหวาน (ตัวเลขจะขยายใหญ่ขึ้นเมื่อคลิกด้วยเคอร์เซอร์) ดังกล่าวด้วย โรคแพ้ภูมิตัวเองเช่นเดียวกับโรคเบาหวานประเภท 1 ระบบภูมิคุ้มกันของบุคคลจะโจมตีอวัยวะและเนื้อเยื่อของตนเอง
autoantibodies บางชนิดเริ่มมีการผลิตในร่างกายนานก่อนที่จะแสดงอาการแรกของโรค การระบุตัวตนสามารถช่วยในการประเมินความเสี่ยงในการเกิดโรคได้
(ภาพวาดจากนิตยสาร “IN THE WORLD OF SCIENCE” ฉบับที่ 7 กรกฎาคม 2550)

และโภชนาการที่ไม่เพียงพอ (จำกัดด้วยแคลอรี่) ในระหว่างการพัฒนาของทารกในครรภ์เป็นหนทางโดยตรงสู่โรคอ้วนในวัยผู้ใหญ่และเบาหวานชนิดที่ 2

นี่หมายความว่าบุคคลยังคงรับผิดชอบไม่เพียง แต่สำหรับตัวเองเท่านั้น แต่ยังรวมถึงลูกหลานของเขาด้วย: ลูก ๆ หลาน ๆ เหลนด้วย?

ใช่ แน่นอน และมากกว่าที่เคยเชื่อกันมาก

องค์ประกอบอีพีเจเนติกในสิ่งที่เรียกว่าจีโนมอิมพรินติ้งคืออะไร?

ด้วยการประทับตราจีโนม ยีนเดียวกันจะปรากฏแตกต่างกันทางฟีโนไทป์ ขึ้นอยู่กับว่าจะถูกส่งผ่านไปยังลูกหลานจากพ่อหรือแม่ กล่าวคือ ถ้ายีนสืบทอดมาจากแม่ ก็จะถูกเมทิลเลตอยู่แล้วและไม่แสดงออก ในขณะที่ยีนที่สืบทอดมาจากพ่อจะไม่ถูกเมทิลเลตและแสดงออกออกมา

การประทับตราจีโนมเป็นการศึกษาที่กระตือรือร้นที่สุดในระหว่างการพัฒนาต่างๆ โรคทางพันธุกรรมซึ่งถ่ายทอดจากบรรพบุรุษบางเพศเท่านั้น ตัวอย่างเช่นรูปแบบของโรคฮันติงตันในเด็กและเยาวชนจะปรากฏเฉพาะเมื่ออัลลีลกลายพันธุ์นั้นสืบทอดมาจากพ่อและกล้ามเนื้ออักเสบจากกล้ามเนื้อตีบ - จากแม่
และแม้ว่าโรคที่ทำให้เกิดโรคเหล่านี้จะเหมือนกันหมดไม่ว่าจะสืบทอดมาจากพ่อหรือแม่ก็ตาม ความแตกต่างอยู่ใน "ยุคก่อนประวัติศาสตร์อีพีเจเนติกส์" ที่เกิดจากการมีอยู่ของพวกมันในสิ่งมีชีวิตของมารดาหรือในทางกลับกัน ของบิดา กล่าวอีกนัยหนึ่ง พวกเขามี "รอยประทับ epigenetic" ของเพศของผู้ปกครอง เมื่ออยู่ในร่างกายของบรรพบุรุษของเพศใดเพศหนึ่งพวกมันจะถูกเมทิลเลต (กดขี่ตามหน้าที่) และอีกอันหนึ่ง - ดีเมทิลเลต (แสดงตามลำดับ) และในสถานะเดียวกันนั้นสืบทอดโดยลูกหลานซึ่งนำไปสู่ (หรือไม่นำ) ไปสู่ การเกิดโรคบางชนิด

คุณได้ศึกษาผลกระทบของรังสีที่มีต่อร่างกาย เป็นที่ทราบกันดีว่าการได้รับรังสีในปริมาณต่ำมีผลดีต่ออายุขัยของแมลงวันผลไม้ แมลงวันผลไม้- เป็นไปได้ไหมที่จะฝึกร่างกายมนุษย์ด้วยรังสีปริมาณต่ำ? Alexander Mikhailovich Kuzin แสดงโดยเขาย้อนกลับไปในช่วงทศวรรษที่ 70 ของศตวรรษที่ผ่านมา ปริมาณที่มีลำดับความสำคัญที่ใหญ่กว่าพื้นหลังจะทำให้เกิดผลกระตุ้น

ตัวอย่างเช่น ในเกรละ ระดับพื้นหลังไม่ใช่ 2 แต่สูงกว่าระดับ "ชาวอินเดียโดยเฉลี่ย" ถึง 7.5 เท่า แต่ทั้งอุบัติการณ์ของโรคมะเร็งและอัตราการเสียชีวิตก็ไม่แตกต่างจากประชากรอินเดียทั่วไป

(ดูตัวอย่างล่าสุดในหัวข้อนี้: Nair RR, Rajan B, Akiba S, Jayalekshmi P, Nair MK, Gangadharan P, Koga T, Morishima H, Nakamura S, Sugahara T. การแผ่รังสีพื้นหลังและอุบัติการณ์ของมะเร็งใน Kerala, การศึกษาตามรุ่นอินเดีย - คารานากัปปัลลี ฟิสิกส์สุขภาพ 2009 ม.ค.;96(1):55-66)

ในการศึกษาครั้งหนึ่งของคุณ คุณได้วิเคราะห์ข้อมูลเกี่ยวกับวันเดือนปีเกิดและการเสียชีวิตของชาวเคียฟ 105,000 คนที่เสียชีวิตระหว่างปี 1990 ถึง 2000 ได้ข้อสรุปอะไรบ้าง?

อายุขัยของผู้ที่เกิดในช่วงปลายปี (โดยเฉพาะในเดือนธันวาคม) กลายเป็นอายุขัยที่ยาวที่สุดและสั้นที่สุดสำหรับผู้ที่เกิดในเดือนเมษายน-กรกฎาคม ความแตกต่างระหว่างค่าเฉลี่ยรายเดือนขั้นต่ำและสูงสุดนั้นมีขนาดใหญ่มากและถึง 2.6 ปีสำหรับผู้ชายและ 2.3 ปีสำหรับผู้หญิง ผลลัพธ์ของเราชี้ให้เห็นว่าคนเราจะมีชีวิตอยู่ได้นานแค่ไหนนั้นส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับฤดูกาลของปีที่เขาเกิด

สามารถใช้ข้อมูลที่ได้รับได้หรือไม่?

มีคำแนะนำอะไรบ้าง? ตัวอย่างเช่น เด็กควรตั้งครรภ์ในฤดูใบไม้ผลิ (ควรตั้งครรภ์ในเดือนมีนาคม) เพื่อที่พวกเขาจะมีอายุยืนยาวหรือไม่? แต่นี่เป็นเรื่องไร้สาระ ธรรมชาติไม่ได้ให้ทุกสิ่งแก่บางคนและไม่ได้ให้ทุกสิ่งแก่ผู้อื่นเลย ดังนั้นจึงเป็น "รายการตามฤดูกาล" ตัวอย่างเช่นในการศึกษาที่ดำเนินการในหลายประเทศ (อิตาลี, โปรตุเกส, ญี่ปุ่น) พบว่าเด็กนักเรียนและนักเรียนที่เกิดในช่วงปลายฤดูใบไม้ผลิ - ต้นฤดูร้อน (ตามข้อมูลของเรา - "อายุสั้น") มีความสามารถทางปัญญาสูงสุด การศึกษาเหล่านี้แสดงให้เห็นถึงความไร้ประโยชน์ของคำแนะนำ "ประยุกต์" สำหรับการมีลูกในช่วงเดือนใดเดือนหนึ่งของปี แต่ เหตุผลที่ร้ายแรงเพื่อต่อไป การวิจัยทางวิทยาศาสตร์กลไกที่กำหนด “การเขียนโปรแกรม” ตลอดจนการค้นหาวิธีการแก้ไขกลไกเหล่านี้อย่างตรงเป้าหมายเพื่อยืดอายุขัยในอนาคต แน่นอนว่างานเหล่านี้คือ

หนึ่งในผู้บุกเบิก epigenetics ในรัสเซียศาสตราจารย์ Boris Vanyushin จากมหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโกในงานของเขา "การทำให้เป็นรูปธรรมของ epigenetics หรือการเปลี่ยนแปลงเล็ก ๆ ที่มีผลกระทบใหญ่หลวง" เขียนว่าศตวรรษที่ผ่านมาคือศตวรรษแห่งพันธุศาสตร์และศตวรรษปัจจุบันคือศตวรรษแห่ง เอพิเจเนติกส์

อะไรช่วยให้เราสามารถประเมินตำแหน่งของ epiginetics ในแง่ดีได้?

หลังจากเสร็จสิ้นโปรแกรมจีโนมมนุษย์ชุมชนวิทยาศาสตร์ก็ตกตะลึง: ปรากฎว่าข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างและการทำงานของบุคคลนั้นมีอยู่ในยีนประมาณ 30,000 ยีน (ตามการประมาณการต่าง ๆ นี่เป็นเพียงประมาณ 8-10 เมกะไบต์ของ ข้อมูล). ผู้เชี่ยวชาญที่ทำงานในสาขาอีพีเจเนติกส์เรียกสิ่งนี้ว่า "ประการที่สอง ระบบสารสนเทศ“และเชื่อว่าการถอดรหัสกลไกเอพิเจเนติกส์ในการควบคุมการพัฒนาและการทำงานของร่างกายจะนำไปสู่การปฏิวัติทางชีววิทยาและการแพทย์

ตัวอย่างเช่น มีงานวิจัยจำนวนหนึ่งที่สามารถระบุรูปแบบทั่วไปในภาพวาดดังกล่าวได้ แพทย์สามารถวินิจฉัยการก่อตัวของมะเร็งได้ตั้งแต่ระยะแรกโดยอาศัยข้อมูลเหล่านี้
แต่โครงการดังกล่าวเป็นไปได้หรือไม่?

ใช่ แม้ว่าจะมีราคาแพงมากและแทบจะไม่สามารถนำไปใช้ได้ในช่วงวิกฤตก็ตาม แต่ในระยะยาว-ค่อนข้างมาก

ย้อนกลับไปในปี 1970 กลุ่มของ Vanyushin ในนิตยสาร "ธรรมชาติ"เผยแพร่ข้อมูลเกี่ยวกับสิ่งที่ควบคุมการสร้างความแตกต่างของเซลล์ ซึ่งนำไปสู่ความแตกต่างในการแสดงออกของยีน และคุณพูดคุยเกี่ยวกับเรื่องนี้ แต่ถ้าทุกเซลล์ของสิ่งมีชีวิตมีจีโนมเหมือนกัน เซลล์แต่ละประเภทก็จะมีเอพิจีโนมของตัวเอง ดังนั้น DNA จึงมีเมทิลเลตที่แตกต่างกัน โดยพิจารณาว่าเซลล์ชนิดต่างๆ ร่างกายมนุษย์ประมาณสองร้อยห้าสิบ - ปริมาณข้อมูลอาจมีมหาศาล

นี่คือเหตุผลว่าทำไมโครงการ Human Epigenome จึงเป็นเรื่องยากมาก (แม้ว่าจะไม่สิ้นหวังก็ตาม)

เขาเชื่อว่าปรากฏการณ์ที่เล็กที่สุดสามารถส่งผลกระทบอย่างมากต่อชีวิตของบุคคล: “หากสิ่งแวดล้อมมีบทบาทในการเปลี่ยนแปลงจีโนมของเรา เราก็จะต้องสร้างสะพานเชื่อมระหว่างกระบวนการทางชีววิทยาและทางสังคม มันจะเปลี่ยนวิธีการมองสิ่งต่าง ๆ ของเราอย่างแน่นอน”

มันร้ายแรงขนาดนั้นเลยเหรอ?

แน่นอน. เนื่องจากตอนนี้ การค้นพบล่าสุดในสาขาอีพีเจเนติกส์ นักวิทยาศาสตร์หลายคนพูดถึงความจำเป็นในการคิดใหม่อย่างมีวิจารณญาณเกี่ยวกับข้อกำหนดต่างๆ มากมายที่ดูเหมือนจะไม่เปลี่ยนรูปหรือถูกปฏิเสธไปตลอดกาล และแม้กระทั่งเกี่ยวกับความจำเป็นในการเปลี่ยนแปลงกระบวนทัศน์พื้นฐานทางชีววิทยา การปฏิวัติทางความคิดดังกล่าวสามารถส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อชีวิตของผู้คนทุกด้านอย่างแน่นอน ตั้งแต่โลกทัศน์และวิถีชีวิตของพวกเขาไปจนถึงการค้นพบทางชีววิทยาและการแพทย์ที่เพิ่มมากขึ้น

ข้อมูลเกี่ยวกับฟีโนไทป์ไม่เพียงมีอยู่ในจีโนมเท่านั้น แต่ยังอยู่ในอีพิจีโนมซึ่งเป็นพลาสติกและสามารถเปลี่ยนแปลงได้ภายใต้อิทธิพลของสิ่งเร้าด้านสิ่งแวดล้อมบางอย่าง มีอิทธิพลต่อการแสดงออกของยีน - ขัดแย้งกับหลักคำสอนของชีววิทยาระดับโมเลกุล ตาม ซึ่งกระแสข้อมูลสามารถไหลจาก DNA ไปสู่โปรตีนเท่านั้น แต่ไม่ใช่ในต่างประเทศ
การเปลี่ยนแปลงของ Epigenetic ที่เกิดขึ้นในช่วงแรกของการเกิดมะเร็งสามารถบันทึกได้โดยกลไกการประทับและเปลี่ยนแปลงชะตากรรมที่ตามมาทั้งหมดของบุคคล (รวมถึงประเภททางจิต, เมตาบอลิซึม, ความโน้มเอียงต่อโรค ฯลฯ ) - โหราศาสตร์แบบราศี
สาเหตุของวิวัฒนาการ นอกเหนือจากการเปลี่ยนแปลงแบบสุ่ม (การกลายพันธุ์) ที่เลือกโดยการคัดเลือกโดยธรรมชาติแล้ว ได้รับการชี้นำ การเปลี่ยนแปลงแบบปรับตัว (epimutations) - แนวคิดของวิวัฒนาการที่สร้างสรรค์โดยนักปรัชญาชาวฝรั่งเศส ( ผู้ได้รับรางวัลโนเบลในวรรณคดี 2470) อองรี เบิร์กสัน
Epimutations สามารถถ่ายทอดจากบรรพบุรุษสู่ลูกหลาน - การสืบทอดลักษณะที่ได้มา, LAMARCHISM

คำถามเร่งด่วนอะไรบ้างที่จะต้องได้รับคำตอบในอนาคตอันใกล้นี้?

การพัฒนาของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์เกิดขึ้นได้อย่างไรลักษณะของสัญญาณที่กำหนดเวลาการเกิดโครงสร้างและหน้าที่ของอวัยวะต่าง ๆ ของร่างกายได้อย่างแม่นยำคืออะไร?

เป็นไปได้ไหมที่จะเปลี่ยนสิ่งมีชีวิตไปในทิศทางที่ต้องการโดยมีอิทธิพลต่อกระบวนการอีพีเจเนติกส์?

เป็นไปได้หรือไม่ที่จะป้องกันการเกิดโรคที่กำหนดโดยอีพีเจเนติกส์ เช่น โรคเบาหวานและมะเร็ง โดยการแก้ไขกระบวนการอีพีเจเนติกส์

บทบาทของกลไก epigenetic ในกระบวนการชราภาพคืออะไร เป็นไปได้ไหมที่จะยืดอายุด้วยความช่วยเหลือของพวกเขา?

เป็นไปได้ไหมว่ารูปแบบวิวัฒนาการของระบบสิ่งมีชีวิตที่ไม่อาจเข้าใจได้ในปัจจุบัน (วิวัฒนาการที่ไม่ใช่ดาร์วิน) ได้รับการอธิบายโดยการมีส่วนร่วมของกระบวนการอีพิเจเนติกส์

แน่นอนว่านี่เป็นเพียงรายการส่วนตัวของฉันเท่านั้น ซึ่งอาจแตกต่างออกไปสำหรับนักวิจัยคนอื่นๆ

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) ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงการปรับตัวของอีพีเจเนติกส์ (การเพิ่มความยาวของเส้นผม) จึงเกิดขึ้นก่อนที่จะเริ่มมีอากาศหนาว ซึ่งเป็นการปรับตัวที่เป็นประโยชน์ต่อสิ่งมีชีวิต

นิรุกติศาสตร์และคำจำกัดความ

คำว่า "อีพีเจเนติกส์" (เช่นเดียวกับ "ภูมิทัศน์อีพิเจเนติกส์") บัญญัติศัพท์โดยคอนราด 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 ในเวลาเดียวกันหากมีการเปลี่ยนแปลงของ DNA ในตัวอสุจิหรือไข่ การแสดงอาการของอีพีเจเนติกส์บางอย่างสามารถถ่ายทอดจากรุ่นหนึ่งไปยังอีกรุ่นหนึ่งได้