Epigenetica

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Mecanisme de epigenetică

Epigenetica (din grecescul ἐπί, epì , „deasupra” și γεννητικός, gennitikòs , „referitoare la moștenirea familiei”) este o ramură a geneticii [1] care se ocupă de modificările fenotipice moștenite de la o celulă sau un organism, în care nu există genotip se observă variații [2] .

Acesta a fost definit de Arthur Riggs și colegi ca fiind „studiul modificărilor mitotice și meiotice ereditare care nu pot fi explicate prin modificări ale secvenței ADN ”.[3]

Ceea ce se întâmplă este că un gen de „amprentă” moleculară este moștenit pe genotipul care determină gradul de activare a genelor , a cărui secvență rămâne, totuși, identică. Această amprentă moleculară constă din modificări covalente ale cromatinei , atât în ​​ADN, cât și în proteine , și, prin urmare, este durabilă, dar poate fi reversibilă.

Aceste modificări, numite epimutații , durează pentru restul vieții celulei și pot fi transmise generațiilor succesive de celule prin diviziuni celulare, fără a fi însă mutate secvențele ADN corespunzătoare; [4] sunt, prin urmare, factori non-genomici care determină o expresie diferită a genelor organismului. [5]

Fenomenele epigenetice stau, de exemplu, la baza majorității proceselor de diferențiere celulară (și a alterării acestora, deci și în cancer [6] ), a inactivării cromozomului X și contribuie la o anumită plasticitate fenotipică ereditară în raport cu modificările de mediu care reamintește moștenirea lamarckiană a personajelor dobândite. De exemplu, evenimentele foarte stresante pot lăsa o amprentă epigenetică la nivelul metilării ADN-ului [7] .

Tipologie

Tipuri de modificări:

Aceste procese modifică accesibilitatea la regiunile genomului , de care proteinele și enzimele responsabile de expresia genei sunt legate și, prin urmare, modifică expresia genei .

ADN asociat cu proteinele histonice pentru a forma cromatina.

Definiție

Creditul pentru că a inventat, în 1942 , termenul de epigenetică, definit ca „ ramura biologiei care studiază interacțiunile cauzale dintre gene și produsul lor celular și creează fenotipul ”, este atribuit lui Conrad Hal Waddington ( 1905 - 1975 ). La mijlocul secolului al XIX-lea, urme de epigenetică se găsesc în literatură. Cu toate acestea, originile sale conceptuale datează de la Aristotel (384-322 î.Hr.), care credea în epigeneză , adică în dezvoltarea formelor organice individuale începând cu cele neformate. Această viziune controversată a fost primul argument care s-a opus conceptului că ființa umană se dezvoltă din mici corpuri formate.

Utilizarea termenului în limbajul științific de astăzi se referă la trăsături ereditare care nu corespund modificărilor secvenței ADN. [9]

Baza moleculară a epigeneticii

Fără surse!
Această intrare sau secțiune despre biologie nu citează sursele necesare sau cei prezenți sunt insuficienți .
Comentariu : lipsă
Puteți îmbunătăți această intrare adăugând citate din surse de încredere în conformitate cu liniile directoare privind utilizarea surselor . Urmați sfaturile de proiectare de referință .

Baza moleculară a epigeneticii este complexă. Acestea sunt modificări privind activarea anumitor gene, dar nu și asupra structurii ADN-ului lor de bază. Modificările proteinelor cromatinei pot afecta, de asemenea, expresia acestor gene. Acest lucru explică de ce celulele diferențiate dintr-un organism multicelular exprimă doar genele necesare activității lor. Dacă o mutație a ADN implică fertilizarea unui spermă sau a unui ovul, modificările epigenetice pot fi moștenite de generația următoare. [10] . O întrebare care a fost ridicată este dacă modificările epigenetice ale unui organism pot modifica structura de bază a ADN-ului său.

Cercetătorii explică ce se întâmplă în gene datorită studiilor efectuate pe gemeni monozigoți: se nasc cu același patrimoniu genetic, dar pe măsură ce cresc, se pot diferenția datorită mediului, stilului de viață, emoțiilor și suferințelor trăite, care pot schimba expresia unora gene, activarea sau dezactivarea acestora. Modificările epigenetice sunt păstrate atunci când celulele se divid în timpul vieții unui organism .

Procesele epigenetice specifice sunt paramutațiile, marcarea, imprimarea , mutarea genelor, inactivarea cromozomului X , efectul poziției , reprogramarea , transversia, efectele teratogene, reglarea histonei și modificarea heterocromatinei. Cercetările epigenetice utilizează o gamă largă de tehnici de biologie moleculară, incluzând imunoprecipitarea cromatinei , hibridizarea fluorescentă in situ , enzimele de restricție sensibile la metilare. Utilizarea metodelor de bioinformatică joacă un rol din ce în ce mai important (epigenetica de calcul).

Efecte epigenetice la om

Amprentare genomică și tulburări conexe

Mai multe tulburări sunt asociate cu amprentarea genetică , un fenomen caracteristic mamiferelor în care tatăl și mama dezvoltă diferite tipare epigenetice pentru loci genetici specifici în celulele lor germinale, care sunt apoi transferate descendenței [11] . Cele mai cunoscute cazuri de tulburări la om și datorate amprentării genomice sunt sindromul Angelman și sindromul Prader-Willi ; ambele se pot datora aceleiași mutații genetice, adică ștergerea parțială a brațului lung al cromozomului 15, iar sindromul pe care copilul îl va dezvolta depinde dacă a moștenit mutația de la tatăl sau mama sa [12] .

Observații epigenetice transgeneraționale

Marcus Pembrey și colegii săi au observat în studiul „Overkalis”, că nepoții bunicilor paterni ai bărbaților suedezi, expuși în perioada preadolescenței la foametea din secolul al XIX-lea, erau mai puțin susceptibili de a muri de boli cardiovasculare; dacă hrana a fost abundentă, atunci mortalitatea cauzată de diabet la nepoți a crescut, sugerând că acest lucru s-a datorat moștenirii epigenetice transgeneraționale. [13] Efectul opus a fost observat la femei: nepoatele bunicilor paterni care au suferit foamete în uter (și, prin urmare, atunci când celulele reproductive erau deja formate) au avut o viață mai scurtă decât media. [14]

Tumori și anomalii ale dezvoltării

O varietate de compuși sunt considerați agenți cancerigeni epigenetici; ele dau naștere la o creștere a incidenței tumorilor, dar nu prezintă activitate mutagenă. Printre aceste componente putem menționa dietilstilbestrolul, arsenitul, exaclorobenzenul și compușii care conțin nichel. Mulți teratogeni au efecte specifice asupra fătului prin mecanisme epigenetice. [15] [16]

Epigenetica si spermatogeneza

Spermatogeneza este un proces complex care include auto-regenerarea spermatogoniei prin mitoză, urmează faza meiotică în care spermatocitele trec în forma haploidă a spermatidelor care suferă spermiogeneză și se transformă în spermatozoizi. [17] [18] Mecanismele epigenetice apar atât la nivelul celulelor germinale primordiale (PGC), spermatogonia, în remodelarea cromatinei în timpul meiozei. În consecință, celulele germinale masculine sunt deosebit de sensibile la defectele epigenetice. Un rol deosebit de important în reglarea epigenetică în timpul spermatogenezei îl joacă microARN-ul și procesul de metilare a ADN-ului. S-a demonstrat că miARN-urile sunt implicate în procesele mitotice meiotice și postmeiotice prin inhibarea expresiei genelor țintă; în timp ce celulele germinale masculine aberante dezvoltate la bărbații cu fertilitate afectată au fost identificate folosind un agent de demetilare 5 –aza-2'deoxicicitidină. Prin urmare, înțelegerea reglării epigenetice în spermatogeneză este importantă pentru terapia împotriva infertilității masculine și pentru dezvoltarea de noi abordări pentru contracepția masculină. [ fără sursă ]

Funcții și consecințe

Dezvoltare

Moștenirea epigenetică somatică, în special prin metilarea ADN-ului și remodelarea cromatinei, este foarte importantă în dezvoltarea organismelor eucariote multicelulare. Secvența genomului este statică (cu câteva excepții notabile), dar celulele se diferențiază în mai multe tipuri diferite de celule, care îndeplinesc funcții diferite și răspund diferit la mediul și semnalele intercelulare. Astfel, pe măsură ce indivizii se dezvoltă, morfogeneza activează sau reduce la tăcere genele într-un mod moștenit epigenetic, oferind celulelor un fel de memorie. La mamifere, majoritatea celulelor sunt definitiv diferențiate, doar celulele stem păstrează capacitatea de a se diferenția în diferite tipuri de celule („totipotență” și „multipotență”). Aceste celule stem continuă să producă noi celule diferențiate de-a lungul vieții, dar mamiferele nu pot reacționa la pierderea unor țesuturi (de exemplu, incapacitatea de a regenera membrele, ceea ce alte animale sunt capabile să facă). Spre deosebire de celulele animale, celulele vegetale nu sunt definitiv diferențiate, dar rămân totipotente , având capacitatea de a da naștere unei noi plante. Plantele folosesc multe dintre aceleași mecanisme epigenetice ca și animalele, cum ar fi remodelarea cromatinei, dar s-a emis ipoteza că nu au „memorie”, reducând tiparele de expresie a genelor la fiecare diviziune celulară și folosind informații din mediul înconjurător și celulele din jur pentru a determina soarta lor. [19]

Medicament

Epigenetica are multe și variate aplicații medicale potențiale, deoarece tinde să aibă o natură multidimensională. [20] Bolile genetice congenitale sunt bine cunoscute și rolul pe care epigenetica îl poate juca în ele este de asemenea clar, de exemplu în cazul sindromului Angelman și Prader-Willi . Acestea sunt boli genetice normale cauzate de ștergerea sau inactivarea genelor, dar sunt neobișnuit de frecvente, deoarece indivizii sunt esențial hemizigoti datorită amprentării genomice: o singură genă knock-out este suficientă pentru a provoca boala, care în cele mai multe cazuri ar necesita ambele copii. să fie eliminat. [21]

Evoluţie

Deși epigenetica în organismele multicelulare este, în general, considerată a fi un mecanism implicat în diferențiere, cu tipare epigenetice „resetate” atunci când organismele se reproduc, au existat unele observații despre moștenirea epigenetică transgenerațională (de exemplu, fenomenul paramutației observat la porumb). Deși majoritatea acestor trăsături epigenetice multigenerationale se pierd progresiv pe parcursul mai multor generații, rămâne posibilitatea ca epigenetica multigenerativă să fie un alt aspect al evoluției și adaptării darwiniene . Bariera Weismann este specifică animalelor, iar moștenirea epigenetică ar trebui să fie mult mai frecventă la plante și microbi.

Trăsăturile epigenetice joacă un rol în adaptarea pe termen scurt a speciilor, permițând variabilitatea fenotipică reversibilă pentru a răspunde factorilor de stres induși de mediu. Schimbarea caracteristicilor epigenetice asociate cu o regiune ADN permite organismelor, pe o scară de timp de câteva generații, să treacă de la fenotipuri care exprimă acea genă specială la fenotipuri care nu și viceversa. [22] Când secvența ADN a regiunii nu este mutată, această modificare este reversibilă. De asemenea, s-a emis ipoteza că organismele pot profita de ratele de mutație diferențiale asociate cu caracteristicile epigenetice pentru a controla rata de mutație a anumitor gene. [22] Analize recente au sugerat că membrii familiei APOBEC / AID citozin deaminază sunt capabili să medieze simultan moștenirile genetice și epigenetice folosind mecanisme moleculare similare. [23]

S-a observat că modificările epigenetice pot apărea și ca răspuns la expunerile din mediu; de exemplu, șoarecii tratați cu unele suplimente alimentare prezintă modificări epigenetice care afectează expresia genei Agouti, în ceea ce privește culoarea blănii, greutatea și tendința de a dezvolta cancer . [24] [25]

Au fost raportate peste 100 de cazuri de moștenire epigenetică transgenerațională într-o gamă largă de organisme, inclusiv procariote , plante și animale . [26]

Notă

  1. ^ Franco Giorgi, Paradigmele genetice și epigenetice în comparație ( PDF ), în HumanaMente , n. 6 iulie 2008. Adus 16 ianuarie 2018 (arhivat din original la 5 iulie 2013) .
  2. ^ Richard C. Francis, Ultimul mister al moștenirii, op. cit. , p. 10
  3. ^ Riggs AD, Russo VEA, Martienssen RA,Mecanisme epigenetice de reglare a genelor , Plainview, NY, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1996, ISBN 0-87969-490-4 .
  4. ^ Adrian Bird, Perceptions of epigenetics , în natură , vol. 447, nr. 7143, 2007, pp. 396-398, DOI : 10.1038 / nature05913 , PMID 17522671 .
  5. ^ Philip Hunter, Raport special: „Ce gene își amintesc” , în Prospect Magazine , nr. 146, mai 2008.
  6. ^ Raman P. Nagarajan și Joseph F. Costello, Mecanisme epigenetice în glioblastom multiform , în Seminars in Cancer Biology , vol. 19, nr. 3, iunie 2009, pp. 188–197, DOI :10.1016 / j.semcancer.2009.02.005 . Adus la 30 noiembrie 2019 .
  7. ^ Joanne Ryan, Isabelle Chaudieu și Marie-Laure Ancelin, Bazele biologice ale traumelor și tulburării de stres post-traumatic: concentrându-se pe genetică și epigenetică , în Epigenomică , vol. 8, nr. 11, 30 septembrie 2016, pp. 1553–1569, DOI : 10.2217 / epi-2016-0083 . Adus la 30 noiembrie 2019 .
  8. ^ Zangh D. et al., Perceptions of epigenetics Reglarea metabolică a expresiei genelor prin lactilarea histonică , în Nature , vol. 574, nr. 7779, 2019, pp. 575-580, PMID 31645732 .
  9. ^ Russo, VEA, Martienssen, RA, Riggs, AD, 1996 Mecanisme epigenetice de reglare a genelor. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Plainview, NY.
  10. ^ VL Chandler, Paramutation: From Maize to Mice , in Cell , vol. 128, nr. 4, 2007, pp. 641–645, DOI : 10.1016 / j.cell.2007.02.007 , PMID 17320501 .
  11. ^ AJ Wood și AJ Oakey,Imprimarea genomică la mamifere: teme emergente și teorii stabilite , în PLOS Genetics , vol. 2, nr. 11, 2006, pp. 1677–1685, DOI : 10.1371 / journal.pgen.0020147 , PMC 1657038 , PMID 17121465 . disponibil online [ link rupt ]
  12. ^ JHM Knoll, RD Nicholls, RE Magenis, JM Graham Jr, M. Lalande, SA Latt, Angelman și sindroamele Prader-Willi împărtășesc o ștergere comună a cromozomilor, dar diferă în originea părintească a ștergerii , în American Journal of Medical Genetics , vol. 32, nr. 2, 1989, pp. 285-290, DOI : 10.1002 / ajmg.1320320235 , PMID 2564739 .
  13. ^ Pembrey ME, Bygren LO, Kaati G și colab. . Răspunsuri transgeneraționale specifice sexului, masculine, la om. Eur J Hum Genet 2006; 14: 159-66. PMID 16391557 . Robert Winston face referire la acest studiu într-o prelegere Arhivată la 23 mai 2007 la Internet Archive . vezi și discuția la Universitatea Leeds , aici Arhivat 3 octombrie 2006 la Internet Archive .
  14. ^ NOVA | Transcrieri | Fantoma în genele tale | PBS , pe pbs.org . Adus la 23 aprilie 2020 .
  15. ^ JB Bishop, KL Witt și RA Sloane, Toxiticități genetice ale teratogenilor umani , în Mutat Res , vol. 396, 1-2, decembrie 1997, pp. 9–43, DOI : 10.1016 / S0027-5107 (97) 00173-5 .
  16. ^ N Gurvich, MG Berman și BS Wittner și colab., Asocierea teratogenezei induse de valproat cu inhibarea histonei deacetilazei in vivo , în FASEB J , vol. 19, nr. 9, iulie 2004, pp. 1166–1168, DOI : 10.1096 / fj.04-3425fje , PMID 15901671 .
  17. ^ Junqueira, Carneiro, Compendium of Histology , Padova, Piccin, ediția a 5-a, 2006, ISBN 88-299-1817-2
  18. ^ TVN Persaud și Mark G. Torchia, Dezvoltarea prenatală a omului: embriologie orientată medical , 2. ed, EdiSES, 2009, ISBN 978-88-7959-348-9 ,OCLC 875236125 . Adus la 3 august 2021 .
  19. ^ Silvia Costa și Peter Shaw, Celulele „Open Minded”: modul în care celulele pot schimba soarta , în Trends in Cell Biology , vol. 17, n. 3, 2006, pp. 101–106, DOI : 10.1016 / j.tcb.2006.12.005 , PMID 17194589 .
  20. ^ Chahwan R, Wontakal SN, Roa S, Natura multidimensională a informațiilor epigenetice și rolul său în boală , în Discovery medicine , vol. 11, n. 58, martie 2011, pp. 233–43, PMID 21447282 .
  21. ^ OMIM 105830
  22. ^ a b OJ Rando și KJ Verstrepen, Scale de timp ale moștenirii genetice și epigenetice , în Cell , vol. 128, nr. 4, 2007, pp. 655–668, DOI : 10.1016 / celula j . 2007.01.023 , PMID 17320504 .
  23. ^ Chahwan R., Wontakal SN și Roa S., Crosstalk între informațiile genetice și epigenetice prin dezaminarea citozinei , în Trends in Genetics , vol. 26, n. 10, 2010, pp. 443–448, DOI : 10.1016 / j.tig.2010.07.005 , PMID 20800313 .
  24. ^ Cooney, CA, Dave, AA și Wolff, GL,Suplimentele materne de metil la șoareci afectează variația epigenetică și metilarea ADN a descendenților , în Journal of Nutrition , vol. 132, 8 Suppl, 2002, pp. 2393S - 2400S, PMID 12163699 .
  25. ^ Waterland RA și Jirtle RL, Elemente transpozabile: ținte pentru efecte nutriționale timpurii asupra reglării genelor epigenetice , în Molecular and Cellular Biology , vol. 23, n. 15, august 2003, pp. 5293–5300, DOI : 10.1128 / MCB.23.15.5293-5300.2003 , PMC 165709 , PMID 12861015 .
  26. ^ Eva Jablonka, Gal Raz, Moștenirea epigenetică transgenerațională: prevalență, mecanisme și implicații pentru studiul eredității și evoluției , în Revista trimestrială de biologie , vol. 84, nr. 2, iunie 2009, pp. 131–176, DOI : 10.1086 / 598822 , PMID 19606595 .

Bibliografie

  • Richard C. Francis, Epigenetica: misterul suprem al moștenirii , New York: Norton, 2011, ISBN 0393070050 , ISBN 978-0393070057 ; Ediția italiană: Ultimul mister al eredității ; traducere de Alfredo Tutino, Roma: Științele, 2011
  • Eric J. Nestler, Codul epigenetic al minții, Științele n. 522 (februarie 2012), pp. 65–71.

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității Tezaur BNCF 61213 · LCCN (EN) sh2011005133 · GND (DE) 7566079-9 · NDL (EN, JA) 01.203.421
Biologie Portalul de biologie : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de biologie
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Epigenetica&oldid=122284346 ”