Епигеномиката е област, в която изследователите очертават местоположенията и разбират функциите на всички химични маркери, които маркират генома.

Какво представлява епигеномът?

Епигеномът е множество химически съединения, които могат да кажат на генома какво да прави. Човешкият геном е пълното сглобяване на ДНК (дезоксирибонуклеинова киселина) - около 3 милиарда базови двойки - което прави всеки индивид уникален. ДНК съдържа инструкциите за изграждане на протеините, които изпълняват различни функции в клетката. Епигеномът се състои от химични съединения и протеини, които могат да се прикрепят към ДНК и да насочват такива действия като включване или изключване на гени, контролиране на производството на протеини в определени клетки. Когато епигеномните съединения се прикрепят към ДНК и модифицират нейната функция, се казва, че са "маркирали" генома. Тези марки не променят последователността на ДНК. По-скоро те променят начина, по който клетките използват инструкциите на ДНК. Понякога знаците се предават от клетка на клетка, когато клетките се делят. Те също могат да се предават от едно поколение на друго.

Епигеномът е множество химически съединения, които могат да кажат на генома какво да прави. Човешкият геном е пълното сглобяване на ДНК (дезоксирибонуклеинова киселина) - около 3 милиарда базови двойки - което прави всеки индивид уникален. ДНК съдържа инструкциите за изграждане на протеините, които изпълняват различни функции в клетката. Епигеномът се състои от химични съединения и протеини, които могат да се прикрепят към ДНК и да насочват такива действия като включване или изключване на гени, контролиране на производството на протеини в определени клетки. Когато епигеномните съединения се прикрепят към ДНК и модифицират нейната функция, се казва, че са "маркирали" генома. Тези марки не променят последователността на ДНК. По-скоро те променят начина, по който клетките използват инструкциите на ДНК. Понякога знаците се предават от клетка на клетка, когато клетките се делят. Те също могат да се предават от едно поколение на друго.

Какво прави епигеномът?

Човек има трилиони клетки, специализирани за различни функции в мускулите, костите и мозъка и всяка от тези клетки носи по същество един и същ геном в ядрото си. Разликите между клетките се определят от това как и кога различни набори от гени са включени или изключени в различни видове клетки. Специализираните клетки в окото включват гени, които произвеждат протеини, които могат да откриват светлина, докато специализираните клетки в червените кръвни клетки правят протеини, които пренасят кислород от въздуха до останалата част от тялото. Епигеномът контролира много от тези промени в генома.

протеини които

Човек има трилиони клетки, специализирани за различни функции в мускулите, костите и мозъка и всяка от тези клетки носи по същество един и същ геном в ядрото си. Разликите между клетките се определят от това как и кога различни набори от гени са включени или изключени в различни видове клетки. Специализираните клетки в окото включват гени, които произвеждат протеини, които могат да откриват светлина, докато специализираните клетки в червените кръвни клетки правят протеини, които пренасят кислород от въздуха до останалата част от тялото. Епигеномът контролира много от тези промени в генома.

От какво се състои епигеномът?

Епигеномът е набор от химически модификации на ДНК и свързаните с ДНК протеини в клетката, които променят генната експресия и са наследствени (чрез мейоза и митоза). Модификациите се случват като естествен процес на развитие и диференциация на тъканите и могат да бъдат променени в отговор на експозицията на околната среда или заболяването.

Първият тип марка, наречен ДНК метилиране, пряко засяга ДНК в генома. В този процес протеините прикрепят химически маркери, наречени метилови групи, към основите на ДНК молекулата на определени места. Метиловите групи включват или изключват гените, като влияят на взаимодействията между ДНК и други протеини. По този начин клетките могат да си спомнят кои гени са включени или изключени. Вторият вид знак, наречен модификация на хистон, влияе косвено върху ДНК. ДНК в клетките е обвита около хистонови протеини, които образуват подобни на макари структури, които позволяват на много дългите молекули на ДНК да се навият добре в хромозоми в клетъчното ядро. Протеините могат да прикрепят различни химични етикети към хистоните. Други протеини в клетките могат да открият тези маркери и да определят дали тази област на ДНК трябва да бъде използвана или игнорирана в тази клетка.

Епигеномът е набор от химически модификации на ДНК и свързаните с ДНК протеини в клетката, които променят генната експресия и са наследствени (чрез мейоза и митоза). Модификациите се случват като естествен процес на развитие и диференциация на тъканите и могат да бъдат променени в отговор на експозицията на околната среда или заболяването.

Първият тип марка, наречен ДНК метилиране, пряко засяга ДНК в генома. В този процес протеините прикрепят химически маркери, наречени метилови групи, към основите на ДНК молекулата на определени места. Метиловите групи включват или изключват гените, като влияят на взаимодействията между ДНК и други протеини. По този начин клетките могат да си спомнят кои гени са включени или изключени. Вторият вид знак, наречен модификация на хистон, влияе косвено върху ДНК. ДНК в клетките е обвита около хистонови протеини, които образуват подобни на макари структури, които позволяват на много дългите молекули на ДНК да се навият добре в хромозоми в клетъчното ядро. Протеините могат да прикрепят различни химични етикети към хистоните. Други протеини в клетките могат да открият тези маркери и да определят дали тази област на ДНК трябва да се използва или игнорира в тази клетка.

Наследен ли е епигеномът?

Геномът се предава от родителите на техните потомци и от клетките, когато се разделят, на следващото си поколение. Голяма част от епигенома се нулира, когато родителите предават своите геноми на потомството си; при някои обстоятелства обаче някои от химичните тагове върху ДНК и хистоните на яйцата и спермата могат да бъдат предадени на следващото поколение. Когато клетките се делят, често голяма част от епигенома се предава на следващото поколение клетки, което помага на клетките да останат специализирани.

Геномът се предава от родителите на техните потомци и от клетките, когато се разделят, на следващото си поколение. Голяма част от епигенома се нулира, когато родителите предават своите геноми на потомството си; при някои обстоятелства обаче някои от химичните тагове върху ДНК и хистоните на яйцата и спермата могат да бъдат предадени на следващото поколение. Когато клетките се делят, често голяма част от епигенома се предава на следващото поколение клетки, което помага на клетките да останат специализирани.

Какво е отпечатването?

Човешкият геном съдържа две копия на всеки ген - едно копие, наследено от майката и едно от бащата. За малък брой гени се включва само копието от майката; за други е включено само копието от бащата. Този модел се нарича отпечатване. Епигеномът прави разлика между двете копия на импринтиран ген и определя кое е включено. Някои заболявания се причиняват от необичайно импринтиране. Те включват синдром на Beckwith-Wiedemann, разстройство, свързано с свръхрастеж на тялото и повишен риск от рак; Синдром на Prader-Willi, свързан с лош мускулен тонус и постоянен глад, водещ до затлъстяване; и синдром на Angelman, който води до интелектуални затруднения, както и затруднения в движението.

Човешкият геном съдържа две копия на всеки ген - едно копие, наследено от майката и едно от бащата. За малък брой гени се включва само копието от майката; за други е включено само копието от бащата. Този модел се нарича отпечатване. Епигеномът прави разлика между двете копия на импринтиран ген и определя кое е включено. Някои заболявания се причиняват от необичайно импринтиране. Те включват синдром на Beckwith-Wiedemann, разстройство, свързано с телесен свръхрастеж и повишен риск от рак; Синдром на Prader-Willi, свързан с лош мускулен тонус и постоянен глад, водещ до затлъстяване; и синдром на Angelman, който води до интелектуални затруднения, както и затруднения в движението.

Може ли епигеномът да се промени?

Въпреки че всички клетки в тялото съдържат по същество един и същ геном, ДНК, маркирана с химически маркери върху ДНК и хистоните, се пренарежда, когато клетките станат специализирани. Епигеномът може да се променя и през целия живот на човека.

Въпреки че всички клетки в тялото съдържат по същество един и същ геном, ДНК, маркирана с химически маркери върху ДНК и хистоните, се пренарежда, когато клетките станат специализирани. Епигеномът може да се променя и през целия живот на човека.

Какво кара епигеномът да се промени?

Начинът на живот и факторите на околната среда (като тютюнопушене, диета и инфекциозни заболявания) могат да изложат човека на натиск, който предизвиква химически реакции. Тези реакции от своя страна често водят до промени в епигенома, някои от които могат да навредят. Въпреки това способността на епигенома да се приспособява към житейския натиск изглежда е необходима за нормалното човешко здраве. Някои човешки заболявания са причинени от неизправности в протеините, които „четат“ и „пишат“ епигеномни марки.

Начинът на живот и факторите на околната среда (като тютюнопушене, диета и инфекциозни заболявания) могат да изложат човека на натиск, който предизвиква химически реакции. Тези реакции от своя страна често водят до промени в епигенома, някои от които могат да навредят. Въпреки това способността на епигенома да се приспособява към житейския натиск изглежда е необходима за нормалното човешко здраве. Някои човешки заболявания са причинени от неизправности в протеините, които „четат“ и „пишат“ епигеномни марки.

Как промените в епигенома допринасят за рака?

Раковите заболявания се причиняват от промени в генома, епигенома или и двете. Промените в епигенома могат да включват или изключват гени, участващи в растежа на клетките или имунния отговор. Тези промени могат да доведат до неконтролиран растеж, отличителен белег на рак или до неуспех на имунната система да унищожи туморите.

При един вид мозъчен тумор, наречен глиобластом, лекарите са постигнали известен успех при лечението на пациенти с лекарството темозоломид, което убива раковите клетки чрез добавяне на метилови групи към ДНК. В някои случаи метилирането има добре дошъл вторичен ефект: блокира ген, който противодейства на темозоломид. Пациентите с глиобластом, чиито тумори имат такива метилирани гени, са много по-склонни да реагират на темозоломид, отколкото тези с неметилирани гени.

Промените в епигенома също могат да активират гени, стимулиращи растежа при рак на стомаха, рак на дебелото черво и най-често срещания тип рак на бъбреците. При някои други видове рак, промените в гените за епигеномна тишина, които обикновено служат за поддържане на растежа на клетките под контрол.

За да съставят пълен списък на възможните епигеномни промени, които могат да доведат до рак, изследователите в The Atlas Cancer Genome Atlas (TCGA) Network, която се поддържа от Националните здравни институти (NIH), сравняват геномите и епигеномите на нормалните клетки с тези на раковите клетки. Наред с други неща, те търсят промени в ДНК последователността и промени в броя на метиловите групи в ДНК. Разбирането на всички промени, които превръщат нормалната клетка в ракова клетка, ще ускори усилията за разработване на нови и по-добри начини за диагностика, лечение и профилактика на рак.

Раковите заболявания се причиняват от промени в генома, епигенома или и двете. Промените в епигенома могат да включват или изключват гени, участващи в растежа на клетките или имунния отговор. Тези промени могат да доведат до неконтролиран растеж, отличителен белег на рак или до неуспех на имунната система да унищожи туморите.

При един вид мозъчен тумор, наречен глиобластом, лекарите са постигнали известен успех при лечението на пациенти с лекарството темозоломид, което убива раковите клетки чрез добавяне на метилови групи към ДНК. В някои случаи метилирането има добре дошъл вторичен ефект: блокира ген, който противодейства на темозоломид. Пациентите с глиобластом, чиито тумори имат такива метилирани гени, са много по-склонни да реагират на темозоломид, отколкото тези с неметилирани гени.

Промените в епигенома също могат да активират гени, стимулиращи растежа при рак на стомаха, рак на дебелото черво и най-често срещания тип рак на бъбреците. При някои други видове рак, промените в гените за епигеномна тишина, които обикновено служат за поддържане на растежа на клетките под контрол.

За да съставят пълен списък на възможните епигеномни промени, които могат да доведат до рак, изследователите в The Atlas Cancer Genome Atlas (TCGA) Network, която се поддържа от Националните здравни институти (NIH), сравняват геномите и епигеномите на нормалните клетки с тези на раковите клетки. Наред с други неща, те търсят промени в ДНК последователността и промени в броя на метиловите групи в ДНК. Разбирането на всички промени, които превръщат нормалната клетка в ракова клетка, ще ускори усилията за разработване на нови и по-добри начини за диагностика, лечение и профилактика на рак.

Как изследователите изследват епигенома?

В област на изследване, известна като епигеномика, изследователите се опитват да очертаят местоположенията и да разберат функциите на всички химически маркери, които маркират генома.

Доскоро учените смятаха, че човешките заболявания се причиняват главно от промени в последователността на ДНК, инфекциозни агенти като бактерии и вируси или агенти от околната среда. Сега обаче изследователите демонстрират, че промените в епигенома също могат да причинят или да са резултат от заболяване. По този начин епигеномиката се превърна в жизненоважна част от усилията за по-добро разбиране на човешкото тяло и подобряване на човешкото здраве. Епигеномните карти може някой ден да дадат възможност на лекарите да определят здравословното състояние на индивида и да приспособят отговора на пациента към терапиите.

Като част от проекта ENCODE (ENCyclopedia Of DNA Elements), който има за цел да каталогизира работните части на генома, Националният институт за изследване на човешкия геном финансира изследователи за изработване на епигеномни карти от различни клетъчни типове. Други изследователи, подкрепени от NIH, са разработили редица епигеномни карти от няколко човешки органи и тъкани. Тези проекти на NIH са част от международни усилия да се разбере как епигеномиката може да доведе до по-добра профилактика, диагностика и лечение на заболяванията.

В област на изследване, известна като епигеномика, изследователите се опитват да очертаят местоположенията и да разберат функциите на всички химически маркери, които маркират генома.

Доскоро учените смятаха, че човешките заболявания се причиняват главно от промени в последователността на ДНК, инфекциозни агенти като бактерии и вируси или агенти от околната среда. Сега обаче изследователите демонстрират, че промените в епигенома също могат да причинят или да са резултат от заболяване. По този начин епигеномиката се превърна в жизненоважна част от усилията за по-добро разбиране на човешкото тяло и подобряване на човешкото здраве. Епигеномните карти може някой ден да дадат възможност на лекарите да определят здравословното състояние на индивида и да приспособят отговора на пациента към терапиите.

Като част от проекта ENCODE (ENCyclopedia Of DNA Elements), който има за цел да каталогизира работните части на генома, Националният институт за изследване на човешкия геном финансира изследователи за изработване на епигеномни карти от различни клетъчни типове. Други изследователи, подкрепени от NIH, са разработили редица епигеномни карти от няколко човешки органи и тъкани. Тези проекти на NIH са част от международни усилия да се разбере как епигеномиката може да доведе до по-добра профилактика, диагностика и лечение на заболяванията.