Epigenetiğe Genel Bir Bakış

Tanımı oldukça tartışmalı olan epigenetik alanı, genel olarak, DNA dizisi değişiklikleri ile açıklanamayan gen fonksiyonundaki kalıtsal farklılıkların incelenmesini ifade eder. "Epigenetik" terimi ilk olarak 1950'lerde Conrad Waddington tarafından, vücuttaki çeşitli hücre tiplerinin tek bir genetik materyal setinden nasıl ortaya çıkabileceğini açıklamak için tanıtıldı. Araştırmacılar, epigenetik bir temele sahip olduğu düşünülen birçok süreci tanımladılar, ancak alanın birçok temel ilkesi hakkında hala önemli tartışmalar var.

Bu videoda, epigenetikteki önemli keşifleri, epigenetikçiler tarafından tartışılan temel soruları, bu soruları yanıtlamak için kullanılan yaygın araçları ve son olarak bu alandaki bazı güncel araştırmaları vurgulayacağız.

İlk olarak, epigenetik tarihindeki birkaç önemli anı gözden geçirelim.

1930'larda Hermann J. Muller, Drosophila'da konum-etki çeşitliliği olarak bilinen bir fenomen gözlemledi. Benekli gözlere sahip mutant sinekler buldu ve bu fenotipi, göz renginden sorumlu geni susturan yoğunlaştırılmış "heterokromatin" in değişken yayılımına bağladı. Bu, genetik dizide karşılık gelen bir değişiklik olmaksızın fenotipik bir değişikliğin gözlemlendiği ilk tanımlanmış "epigenetik" fenomen olacaktır.

1959'da Susumu Ohno, dişi sıçan karaciğer hücrelerinde iki X kromozomundan birinin yoğunlaştığını gözlemledi. İki yıl sonra, Mary Lyon, bu yoğunlaştırılmış X kromozomunun genetik olarak inaktive edildiğini, hangi X kromozomunun inaktive edileceğinin seçiminin rastgele olduğunu ve bu inaktivasyonun hücrenin yavruları tarafından kararlı bir şekilde kalıtıldığını varsaydı. Şimdi X kromozomu inaktivasyonu veya XCI olarak adlandırılan bu süreç, dişilerin biyolojik mozaik olmasına neden olur.

1964'te Alfred Mirsky, gen regülasyonunda histon modifikasyonlarının rolü üzerine en eski çalışmayı yayınladı. Histonlar, ökaryotik hücrelerde kromatinin temel tekrar eden birimi olan nükleozomların çekirdeğini oluşturur. Mirsky, histonların metilasyonunun ve asetilasyonunun RNA sentezini nasıl etkilediğini inceledi ve şimdi çok sayıda modifikasyonun yakındaki kromozomal bölgelerin "aktivite durumunu" değiştirdiği biliniyor.

1975 yılında, Robin Holliday ve öğrencisi John Pugh ve bağımsız olarak Arthur Riggs, DNA'daki CpG dinükleotidlerinin metilasyonunun, örneğin XCI sırasında stabil epigenetik susturmada rol oynayabileceğini öne sürdüler. Adrian Bird ve meslektaşları, 1985 yılında, daha sonra transkripsiyonel olarak aktif promotörlerle ilişkilendirilen genom boyunca metillenmemiş CpG bölgelerinin kümelerini tanımlayarak bu fikre daha fazla güven verdiler. Daha sonra metillenmiş DNA'yı bağlayan düzenleyici proteinleri de keşfedecek ve sonunda transkripsiyonu baskılayacaktı.

1984 yılında, Davor Solter, Azim Surani ve diğerleri, nükleer transplantasyon deneyleri yoluyla oluşturulan, yalnızca anne veya baba genetik materyali içeren fare embriyolarının normal şekilde gelişmediğini gözlemlediler. Bu, genomik damgalamanın veya köken ebeveyne özgü gen ekspresyonunun keşfine işaret ediyordu.

İlk damgalanmış genler 1991'de keşfedildi ve burada sadece babadan veya anneden miras kalan kopya ifade edildi. Bu genlerden biri olan H19'un oldukça sıra dışı olduğu ortaya çıkıyor - nihai ürünü, proteinlere çevrilmeyen 2.3 kilobazlık bir RNA'dır.

XCI sırasında X kromozomunu kapatmak için gerekli olan Xist de dahil olmak üzere, bu "uzun kodlamayan RNA'lar" veya lncRNA'ların daha fazlası kısa süre sonra keşfedildi. Mevcut kanıtlar, bu RNA'ların düzenleyici faktörleri işe almak için iskele işlevi görebileceğini düşündürmektedir. Günümüzde araştırmacılar, lncRNA'lar, DNA metilasyonu ve histon modifikasyonları arasındaki etkileşimlerin epigenetik süreçleri nasıl düzenlediğini araştırmaya devam ediyor.

Şimdi, epigenetikçiler tarafından sorulan bazı sorulara dönelim.

En temel düzeyde, bilim adamları, histon modifikasyonları ve DNA metilasyonu gibi epigenetik işaretlerin yaratıldığı, çıkarıldığı ve yorumlandığı mekanizmaları hala aktif olarak inceliyorlar. Araştırmacılar, bu işlevleri yerine getiren enzimleri ve işaretlerin gen ekspresyonunu aktive etmek veya bastırmak için transkripsiyon makinesiyle nasıl etkileşime girdiğini karakterize etmeye devam ediyor.

Ortaya çıkan daha derin bir soru, DNA'daki bilginin protein dizisine nasıl çevrildiğini belirleyen iyi tanımlanmış "genetik koda" benzer bir "epigenetik kod" olup olmadığıdır. Araştırmacılar, epigenetik işaretlerin kombinasyonunun, bir gün her genin ekspresyon modelini çıkarmayı mümkün kılacak benzer şekilde öngörücü bir kod oluşturup oluşturmadığını belirlemeye çalışıyorlar.

Son zamanlarda, bilim adamları lncRNA'ların biyolojik rolleri ile ilgilenmektedir. Hakim bir model, lncRNA'ların epigenetik faktörleri belirli genomik konumlara dahil etmeye yardımcı olduğu olsa da, kesin mekanizmaları ve tüm lncRNA'ların benzer şekilde işlev görüp görmediği hala araştırılmaktadır.

Son olarak, epigenetik işaretler, DNA ile birlikte basitçe kopyalanmayan kimyasal "eklentiler" olduğundan, bilim adamları hala işaretlerin hücresel nesiller boyunca nasıl devam ettiğini öğrenmeye çalışıyorlar. Daha da tartışmalı olanı, belirli epigenetik süreçlerin potansiyel nesiller arası kalıtımıdır. Epigenetik işaretlerin embriyogenezin erken dönemlerinde ve yine gamet oluşumu sırasında dramatik bir şekilde silindiği veya "yeniden programlandığı" gözlemlendiğinden, bu nesiller arası olayların gerçekte nasıl ve nasıl meydana geldiği hararetli bir şekilde tartışılmaktadır.

Şimdi epigenetik çalışmasında kullanılan bazı araçlara bakalım.

DNA metilasyonu en yaygın olarak, metillenmemiş sitozin kalıntılarını urasile dönüştürmek için bir işlem olan bisülfit analizi ile tespit edilir ve bunlar daha sonra dizileme reaksiyonlarında timin olarak tespit edilir. Bisülfit işleminden önce ve sonra dizileri karşılaştırmak, araştırmacıların metillenmiş DNA'nın yerlerini belirlemelerine olanak tanır. DNA metilasyon durumunu analiz etmenin bir başka yöntemi, DNA'yı yalnızca metillenmemiş DNA'yı kesebilen metilasyona duyarlı kısıtlama enzimleri ile sindirmektir.

İmmünopresipitasyon veya aşağı çekme teknikleri, belirli özelliklerle ilişkili DNA veya RNA dizilerini tanımlamak için kullanılır. Kromatin immünopresipitasyonu veya ChIP, dizi bilgileri daha sonra PCR veya dizileme ile analiz edilebilen belirli protein faktörleri veya histon modifikasyonları ile bağlanan DNA'yı izole eder.

Öte yandan, metillenmiş DNA immünopresipitasyonu veya MeDIP, metillenmiş DNA'yı izole etmek ve zenginleştirmek için kullanılır. RNA immünopresipitasyonu veya RIP ve RNA Saflaştırması veya ChIRP ile Kromatin İzolasyonu, sırasıyla kodlamayan bir RNA'nın protein ortaklarını veya genomik bağlanma konumlarını belirleyebilir.

tabanlı teknikler. Bu deneyde, Xist RNA için floresan in situ hibridizasyonu, bilinen histon modifikasyonlarına karşı immünofloresan ile birleştirildi. lncRNA ve histon işaretleri daha sonra olası fonksiyonel ilişkileri ortaya çıkarmak için "birlikte lokalize" edilebilir.

Az önce JoVE'nin epigenetiğe genel bakışını izlediniz. Bu videoda, epigenetik alanının tarihine, alanın öne çıkan bazı sorularına ve araçlarına ve epigenetik araştırmaların belirli örneklerine baktık. Her zaman olduğu gibi, izlediğiniz için teşekkürler!