ЕПИГЕНЕТИКА
Епигенетиката се фокусира върху регулирането на гените и как те се влияят от външни фактори като околната среда и избора на начин на живот. Това е като изследване на наследствени промени в генната експресия, които не включват промени в основната ДНК последователност.
Когато за първи път започнем живота си и яйцеклетката и сперматозоида се слеят заедно, те изтриват повечето от епигенетичните белези се изтриват. Това поражда ембрионални стволови клетки. Те могат да се превърнат във всеки тип клетка, защото нямат епигенетични белези, които да ги инструктират кои гени да включват и изключват. Само по време на феталното развитие, когато епигенетичните белези започват да се възстановяват в клетката, клетката диференцира различните видове клетки в нашия организъм. Това е прозорец на чувствителност за нашия епигеном, когато сме особено чувствителни към фактори на околната среда, които могат или да подобрят нашия епигенетичен фактор, или да предизвикат неблагоприятни ефекти. Трябва да се обърне голямо внимание на храненето преди и по време на бременност.
Епигенетична памет
Епигеномът е гъвкав, променя се в отговор на стимули от околната среда, но също така е стабилен чрез клетъчно делене. Епигенетичните белези се предават от майчината на дъщерната клетка. Това е спомен за нашето излагане на околната среда. Тази памет може да има дълбок ефект върху здравето и болестите.
Епигенетичните белези, които са записани по време на вътреутробния ни живот, не са обратими, като вида на клетката, но тези, записани след нашето раждане, са обратими.
Как се извършват епигенетичните промени
Ключовите играчи в епигенетиката са химическите модификации, които възникват върху ДНК и свързаните с нея протеини. Тези модификации действат като молекулярни превключватели, които могат да включват или изключват гени, определяйки дали определен cgen е активен или мълчи. Те образуват това, което е известно като епигеном, динамичен и гъвкав слой, който седи на върха на генома и влияе върху генната експресия.
Хистонови модификации – метилация, ацетилация, убиквитинация, фосфорилация, циркилинация
Метилация
Една от най-добре проучените епигенетични модификации е метилацията на ДНК. Това е така, защото има повече начини за измерване на метилирането.
По-специално можем да измерим метилацията на ДНК, особено метилацията на цитозина. Той играе критична роля за нормалното развитие, клетъчната диференциация и поддържането на клетъчната идентичност.
Това означава добавяне на химична метилова група към специфични региони на ДНК молекулата.
Метилирането на ДНК може да се случи в:
– Генен промотор – в този случай той действа за потискане на генната транскрипция
– Генно тяло – насърчава транскрипцията
Метилирането работи по различен начин в различните тъкани, което позволява да се контролират тъканно специфичните генни експресии.
Епигенетичен часовник
Възрастта има силен ефект върху нивата на метилиране на ДНК, биологичният часовник може да се определи с висока точност чрез измерване на възрастта на метилиране на ДНК. (епигенетичен часовник)
Метилирането на ДНК може да бъде наследствено – това е известно като трансгенерационно епигенетично наследство – дългосрочно въздействие на факторите на околната среда върху здравето.
Метилацията играе ключова роля в множество биологични процеси и е от съществено значение за поддържането на здравето на организма. Ето някои от причините, поради които метилацията е важна за нашето здраве:
Епигенетична регулация: Метилацията на ДНК е една от основните епигенетични модификации, които влияят на генската експресия. Това означава, че може да регулира активността на гените, без да променя самата последователност на ДНК. Правилната епигенетична регулация е важна за нормалното развитие на клетките и тъканите, както и за предотвратяване на различни болести.
Регулация на белтъчната активност: Метилацията също така може да се отнася до пост-транскрипционни модификации на РНК и белтъци. Тези модификации могат да влияят на структурата и функцията на белтъците, които изпълняват различни функции в клетките. Регулирането на белтъчната активност чрез метилация е от съществено значение за множество биологични процеси.
Метаболизъм и транспорт на метаболити: Метилацията участва в метаболизма на различни вещества в организма, включително хомоцистеин, което е свързано със сърдечно-съдови заболявания. Освен това, тя играе важна роля в процесите на транспорт и обмяна на метаболити в клетките.
Имунна функция: Метилацията може да влияе на имунната функция и отговора на организма към различни патогени. Тя участва в регулацията на имунните отговори и може да влияе върху чувствителността към различни инфекции.
Развитие на нервната система: Метилацията е важна за нормалното развитие на нервната система, включително формирането на невроните и синапсите. Нарушения в метилационните процеси могат да бъдат свързани с неврологични заболявания.
В общи линии, правилната метилация е от съществено значение за множество аспекти на биологичните процеси и е свързана с поддържането на здравето и предотвратяването на различни заболявания.
Ацетилация на хистони
Хистоните са протеини, около които е обвита ДНК, образувайки структура, наречена хроматин. Различни химични модификации – ацетилиране или метилиране могат да възникнат в хистоните, засягайки колко плътно или хлабаво е опакована ДНК. Тези модификации могат или да улеснят, или да възпрепятстват генната експресия, регулирайки достъпността на гените до клетъчната машина, отговорна за генното активиране.
– Ако е тясно, достъпът до ДНК ще бъде нисък
– Ако е разхлабено, много от протеина може действително да взаимодейства с ДНК
Хистоните са протеини, които имат гънка и опашка. Опашката е място на големи модификации.
Какво е следствието от ацетилацията на хистони?
Хистоните и ДНК взаимодействат един с друг чрез електростатично взаимодействие. Благодарение на ацетилирането, положителният заряд на хистона сега ще бъде маскиран – правейки взаимодействието по-слабо. ДНК около хистона щеше да се загуби. ДНК става достъпна за различни протеини. Това може да има дългосрочен ефект върху генната транскрипция.
В допълнение към генното активиране, ацетилацията на хистони участва във възстановяването на ДНК, репликацията на ДНК, хромозомната сагрегация по времето на клетъчното делене. Добавянето и отстраняването на ацетилови групи от хистони се регулира от ензими. Балансът между ацетилацията и деацетилацията на ацетон е от решаващо значение за поддържане на правилна генна регулация и клетъчна функция.
Дисбалансът в ацетилирането и деацетилирането е свързан с рака. Съшествуват терапии за връщане на баланса.
Регулаторни Т клетки
Ще ви дам пример за епигенетична регулация, базирана на гореописаните механизми на имунната регулаторна система, които могат да имат големи последици върху цялостното здраве на човека.
Tregs клетки – поддържат хомеостазата на имунния отговор. Те са специализирани имунни клетки, участващи в потискането на прекомерните имунни отговори и предотвратяването на автоимунни заболявания.
Епигенетиката е ключов механизъм в основата на развитието и функцията на регулаторните Т клетки.
Епигенетични модификации – метилирането на ДНК и хистоновите модификации допринасят за диференциацията и стабилността на Т клетките.
