Epigenomikai tájékoztató

Az epigenomika egy olyan terület, ahol a kutatók feltérképezik a genomot jelölő összes kémiai címke helyét és megértik azok funkcióit.

Mi az epigenom?

Az epigenom kémiai vegyületek sokasága, amelyek meg tudják mondani a genomnak, hogy mit kell tennie. Az emberi genom a DNS (dezoxiribonukleinsav) teljes összeszerelése - körülbelül 3 milliárd bázispár - amely egyedivé teszi az egyes egyedeket. A DNS rendelkezik a sejtekben különféle funkciókat ellátó fehérjék felépítésére vonatkozó utasításokkal. Az epigenom kémiai vegyületekből és fehérjékből áll, amelyek kapcsolódhatnak a DNS-hez, és olyan tevékenységeket irányíthatnak, mint a gének be- vagy kikapcsolása, a fehérjék termelésének ellenőrzése bizonyos sejtekben. Amikor az epigenomikus vegyületek a DNS-hez kapcsolódnak és módosítják annak működését, akkor azt mondják: "megjelölték" a genomot. Ezek a jelek nem változtatják meg a DNS szekvenciáját. Inkább megváltoztatják a sejtek módját a DNS utasításainak alkalmazásában. A jelek olykor sejtekről sejtekre jutnak, ahogy a sejtek osztódnak. Ők is átadhatók egyik generációról a másikra.

Az epigenom kémiai vegyületek sokasága, amelyek meg tudják mondani a genomnak, hogy mit kell tennie. Az emberi genom a DNS (dezoxiribonukleinsav) teljes összeszerelése - körülbelül 3 milliárd bázispár - amely egyedivé teszi az egyes egyedeket. A DNS rendelkezik a sejtekben különféle funkciókat ellátó fehérjék felépítésére vonatkozó utasításokkal. Az epigenom kémiai vegyületekből és fehérjékből áll, amelyek kapcsolódhatnak a DNS-hez, és olyan tevékenységeket irányíthatnak, mint a gének be- vagy kikapcsolása, a fehérjék termelésének ellenőrzése bizonyos sejtekben. Amikor az epigenomikus vegyületek a DNS-hez kapcsolódnak és módosítják annak működését, akkor azt mondják: "megjelölték" a genomot. Ezek a jelek nem változtatják meg a DNS szekvenciáját. Inkább megváltoztatják a sejtek módját a DNS utasításainak alkalmazásában. A jelek olykor sejtekről sejtekre adódnak, ahogy a sejtek osztódnak. Ők is átadhatók egyik generációról a másikra.

Mit csinál az epigenóm?

Egy embernek billió sejtje van, amelyek az izmok, a csontok és az agy különböző funkcióira specializálódtak, és mindegyik sejt lényegében ugyanazt a genomot hordozza a magjában. A sejtek közötti különbségeket az határozza meg, hogy a különböző génkészletek hogyan és mikor kapcsolhatók be vagy ki a különféle sejtekben. A szem speciális sejtjei bekapcsolják azokat a géneket, amelyek a fényt képesek felismerni, míg a vörösvérsejtek speciális sejtjei olyan fehérjéket gyártanak, amelyek oxigént szállítanak a levegőből a test többi részébe. Az epigenom irányítja a genom ezen változásainak sokaságát.

Az emberi lénynek billió sejtje van, amelyek az izmok, a csontok és az agy különböző funkcióira specializálódtak, és mindegyik sejt lényegében ugyanazt a genomot hordozza a magjában. A sejtek közötti különbségeket az határozza meg, hogy a különböző génkészletek hogyan és mikor kapcsolhatók be vagy ki a különféle sejtekben. A szem speciális sejtjei bekapcsolják azokat a géneket, amelyek fehérjét termelnek, amelyek képesek felismerni a fényt, míg a vörösvérsejtek speciális sejtjei olyan fehérjéket gyártanak, amelyek oxigént szállítanak a levegőből a test többi részébe. Az epigenom irányítja a genom ezen változásainak sokaságát.

Mi alkotja az epigenomot?

Az epigenom a sejtben található DNS és a DNS-hez kapcsolódó fehérjék kémiai módosításainak összessége, amelyek megváltoztatják a génexpressziót és örökölhetőek (meiózison és mitózison keresztül). A módosítások természetes fejlődési és szöveti differenciálódási folyamatként fordulnak elő, és a környezeti expozícióra vagy betegségre reagálva megváltoztathatók.

Az első típusú jel, az úgynevezett DNS-metiláció közvetlenül befolyásolja a genomban lévő DNS-t. Ebben a folyamatban a fehérjék meghatározott helyeken metilcsoportoknak nevezett kémiai címkéket kötnek a DNS-molekula bázisaihoz. A metilcsoportok be- vagy kikapcsolják a géneket a DNS és más fehérjék közötti kölcsönhatások befolyásolásával. Ily módon a sejtek emlékezhetnek arra, hogy mely gének vannak be- vagy kikapcsolva. A hiszton-módosításnak nevezett második jelzés közvetetten befolyásolja a DNS-t. A sejtekben található DNS a hiszton fehérjék köré van tekerve, amelyek orsószerű struktúrákat képeznek, amelyek lehetővé teszik a DNS nagyon hosszú molekuláinak rendes feltekerését a sejtmag belsejében lévő kromoszómákba. A fehérjék különféle kémiai címkéket kapcsolhatnak a hisztonokhoz. A sejtekben található más fehérjék képesek detektálni ezeket a tageket, és meghatározni, hogy a DNS adott régióját kell-e használni vagy figyelmen kívül hagyni-e az adott sejtben.

Az első típusú jel, az úgynevezett DNS-metiláció közvetlenül befolyásolja a genomban lévő DNS-t. Ebben a folyamatban a fehérjék meghatározott helyeken metilcsoportoknak nevezett kémiai címkéket kötnek a DNS-molekula bázisaihoz. A metilcsoportok be- vagy kikapcsolják a géneket a DNS és más fehérjék közötti kölcsönhatások befolyásolásával. Ily módon a sejtek emlékezhetnek arra, hogy mely gének vannak be- vagy kikapcsolva. A hiszton-módosításnak nevezett második fajta jel közvetetten befolyásolja a DNS-t. A sejtekben lévő DNS a hisztonfehérjék köré van tekerve, amelyek orsószerű struktúrákat képeznek, amelyek lehetővé teszik a DNS nagyon hosszú molekuláinak rendezett felszámolását a sejtmag belsejében lévő kromoszómákba. A fehérjék különféle kémiai címkéket kapcsolhatnak a hisztonokhoz. A sejtekben található más fehérjék képesek detektálni ezeket a tageket, és meghatározni, hogy a DNS adott régióját kell-e használni vagy figyelmen kívül hagyni-e az adott sejtben.

Öröklődik-e az epigenóm?

A genom a szülőktől az utódaikhoz, a sejtekből pedig osztódáskor a következő nemzedékbe kerül. Az epigenóm nagy része visszaáll, amikor a szülők átadják genomjukat utódaiknak; bizonyos körülmények között azonban a tojások és a spermiumok DNS-jén és hisztonjain található kémiai jelölések egy része átkerülhet a következő generációhoz. Amikor a sejtek osztódnak, gyakran az epigenóm nagy része átkerül a sejtek következő generációjába, segítve a sejtek specializálódását.

Mi a lenyomat?

Az emberi genom minden génből két példányt tartalmaz - egy példányt az anyától és egyet az apától örököltek. Kis számú gén esetén csak az anya másolata kapcsol be; mások számára csak az apától származó másolat van bekapcsolva. Ezt a mintát imprintingnek nevezzük. Az epigenom megkülönbözteti a nyomtatott gén két példányát, és meghatározza, hogy melyik van bekapcsolva. Egyes betegségeket a rendellenes lenyomat okoz. Ide tartoznak a Beckwith-Wiedemann-szindróma, a test túlnövekedésével és a rák kockázatának megnövekedésével járó rendellenesség; A rossz izomtónushoz és az állandó éhséghez kapcsolódó Prader-Willi-szindróma, amely elhízáshoz vezet; és Angelman-szindróma, amely értelmi fogyatékossághoz, valamint mozgási nehézségekhez vezet.

Az emberi genom minden génből két példányt tartalmaz - egy példányt az anyától és egyet az apától örököltek. Kis számú gén esetében csak az anya másolata kapcsol be; mások számára csak az apától származó másolat van bekapcsolva. Ezt a mintát imprintingnek nevezzük. Az epigenom megkülönbözteti a nyomtatott gén két példányát, és meghatározza, hogy melyik van bekapcsolva. Egyes betegségeket a rendellenes lenyomat okoz. Ide tartoznak a Beckwith-Wiedemann-szindróma, a test túlnövekedésével és a rák kockázatának megnövekedésével járó rendellenesség; A rossz izomtónushoz és az állandó éhséghez kapcsolódó Prader-Willi-szindróma, amely elhízáshoz vezet; és Angelman-szindróma, amely értelmi fogyatékossághoz, valamint mozgási nehézségekhez vezet.

Változhat-e az epigenom?

Bár a test összes sejtje lényegében ugyanazt a genomot tartalmazza, a DNS-en és a hisztonokon kémiai jelölésekkel jelölt DNS átrendeződik, amikor a sejtek specializálódnak. Az epigenom az ember egész élete során is változhat.

Mitől változik az epigenom?

Az életmód és a környezeti tényezők (például dohányzás, étrend és fertőző betegségek) kémiai reakciókat előidéző nyomásnak tehetik ki az embert. Ezek a válaszok viszont gyakran az epigenómában bekövetkező változásokhoz vezetnek, amelyek némelyike káros lehet. Úgy tűnik azonban, hogy az ember normális egészsége érdekében az epigenóm képes arra, hogy alkalmazkodjon az élet nyomásához. Egyes emberi betegségeket az epigenomikus jeleket "olvasó" és "író" fehérjék meghibásodása okoz.

Az életmód és a környezeti tényezők (például dohányzás, étrend és fertőző betegségek) kémiai reakciókat előidéző nyomásnak tehetik ki az embert. Ezek a válaszok viszont gyakran az epigenómában bekövetkező változásokhoz vezetnek, amelyek némelyike káros lehet. Úgy tűnik azonban, hogy az normális emberi egészséghez az epigenóm képes arra, hogy alkalmazkodjon az élet nyomásához. Egyes emberi betegségeket az epigenomikus jeleket "olvasó" és "író" fehérjék meghibásodása okoz.

Hogyan járulnak hozzá az epigenóm változásai a rák kialakulásához?

A rákokat a genomban, az epigenomban vagy mindkettőben bekövetkező változások okozzák. Az epigenómában bekövetkező változások be- vagy kikapcsolhatják a sejtnövekedésben vagy az immunválaszban részt vevő géneket. Ezek a változások ellenőrizetlen növekedéshez, a rák jellemzőjéhez vagy az immunrendszer daganatok megsemmisítéséhez vezethetnek.

A glioblastoma nevű agydaganat-típusban az orvosok némi sikert arattak a betegek kezelésében a temozolomid gyógyszerrel, amely a rákos sejteket elpusztítja, metilcsoportok hozzáadásával a DNS-hez. Bizonyos esetekben a metilációnak örvendetes másodlagos hatása van: blokkol egy gént, amely ellensúlyozza a temozolomidot. Azok a glioblastoma betegek, akiknek a daganatai ilyen metilezett génekkel rendelkeznek, sokkal nagyobb valószínűséggel reagálnak a temozolomidra, mint a nem metilezett gének.

Az epigenómában bekövetkező változások szintén aktiválhatják a növekedést elősegítő géneket a gyomorrákban, a vastagbélrákban és a vese rák leggyakoribb típusában. Egyes más rákos megbetegedésekben az epigenom csend génjeiben bekövetkező változások, amelyek általában a sejtek növekedésének kordában tartását szolgálják.

A rákhoz vezető epigenetikai változások teljes listájának összeállításához a The Cancer Genome Atlas (TCGA) hálózat kutatói, amelyeket a Nemzeti Egészségügyi Intézet (NIH) támogat, összehasonlítják a normál sejtek genomjait és epigenomjait rákos sejtek. Többek között a DNS-szekvencia változását és a DNS-ben lévő metilcsoportok számának változását keresik. Ha megértjük azokat a változásokat, amelyek egy normális sejtet ráksejtté alakítanak, felgyorsítják az új és jobb diagnosztizálási módszerek kifejlesztésére irányuló erőfeszítéseket, a rák kezelése és megelőzése.

Az epigenómában bekövetkező változások szintén aktiválhatják a növekedést elősegítő géneket a gyomorrákban, a vastagbélrákban és a vese rák leggyakoribb típusában. Néhány más rákos megbetegedésben az epigenóm csend génjeiben bekövetkező változások, amelyek általában a sejtek növekedésének kordában tartását szolgálják.

Hogyan kutatják a kutatók az epigenet?

Az epigenomika néven ismert kutatási területen a kutatók megpróbálják feltérképezni a genomot jelölő összes kémiai címke helyét és megérteni funkcióikat.

Egészen a közelmúltig a tudósok úgy gondolták, hogy az emberi betegségeket elsősorban a DNS-szekvencia változásai, a fertőző ágensek, például baktériumok és vírusok, vagy a környezeti tényezők okozzák. Most azonban a kutatók bebizonyították, hogy az epigenómában bekövetkező változások is betegségeket okozhatnak vagy eredményezhetnek. Az epigenomika tehát az emberi test jobb megértése és az emberi egészség javítása érdekében tett erőfeszítések létfontosságú részévé vált. Az epigenomikus térképek valamikor lehetővé tehetik az orvosok számára, hogy meghatározzák az egyén egészségi állapotát, és testre szabhassák a beteg válaszait a terápiákra.

Az ENCODE (ENCyclopedia Of DNA Elements) projekt részeként, amelynek célja a genom működő részeinek katalogizálása, a Nemzeti Emberi Genomkutató Intézet finanszírozza a kutatókat, hogy különféle sejttípusokhoz készítsenek epigenomikus térképeket. Más NIH által támogatott kutatók számos emberi szervből és szövetből készítettek számos epigenomikus térképet. Ezek az NIH projektek egy nemzetközi erőfeszítés részét képezik annak megértésére, hogy az epigenomika hogyan vezethet a betegségek jobb megelőzéséhez, diagnosztizálásához és kezeléséhez.

Az epigenomika néven ismert kutatási területen a kutatók megpróbálják feltérképezni a genomot jelölő összes kémiai címke helyét és megérteni funkcióikat.