Эпигенетика — наука, изучающая наследственные изменения в фенотипе (внешнем виде) или в экспрессии генов, обусловленные другими механизмами, чем изменение последовательности нуклеотидов ДНК. Такие изменения могут оставаться видимыми в течение нескольких клеточных поколений или даже нескольких поколений живых организмов. Изменения в последовательности ДНК не происходят, но вместо этого другие генетические факторы заставляют гены проявлять себя иначе. Лучшим примером епигенетиних изменений для эукариот является процесс дифференциации клеток. В течение морфогенеза тотипотентных стволовые клетки становятся плюрипотентными клеточными линиями эмбриона, которые в свою очередь становятся полностью дифференцированными клетками. Иными словами, одна оплодотворенная яйцеклетка — зигота делится и дифференцируется в различные виды клеток, которые имеются в живом организме. Это осуществляется путем активации одних генов и ингибирование других.

Известны эпигенетические механизмы: метилирование ДНК; ремоделирования хроматина (метилирования, ацетилирования и деацетилирования гистонов) регуляция на уровне РНК, в частности РНК-интерференция; прионизация белков; инактивация X-хромосомы.

Метилирование ДНК и ремоделирования хроматина

Поскольку фенотип клетки или организма в целом зависит от того, какие гены транскрибируются, наследование транскрипционного статуса генов может приводить к эпигенетических эффектов. Есть несколько уровней регуляции экспрессии генов, первый из которых — ремоделирования хроматина, комплекса ДНК и ассоциированных с ней белков — гистонов. Ремоделирования хроматина может инициироваться:

  • Посттрансляционной модификации аминокислот гистонов, например, их метилированием;
  • Модификацией оснований ДНК, например, метилированием цитозина, что приводит к появлению 5-метилцитозину.

Пост-транскрипционные регуляция

Иногда результат транскрипции гена прямо или косвенно регулирует активность того же гена. Например, Hnf4 и MyoD усиливают транскрипцию многих генов, соответственно, печени и мышц, и является транскрипционный фактор. Другие эпигенетические изменения регулируются при экспрессии различных сплайс-вариантов РНК или при формировании двухцепочечных молекул РНК (РНК-интерференция). Эти гены часто включаются и выключаются с помощью сигнальных систем клетки, но иногда в синцитии РНК передается между клетками путем диффузии или в составе экзосом.

Видео по теме

Изображения по теме

  • Эпигенетика
  • Эпигенетика