Epigenetica | de studie van veranderingen in genactiviteit die niet worden veroorzaakt door veranderingen in de DNA-volgorde
Epigenetica is de studie van veranderingen in genactiviteit die niet worden veroorzaakt door veranderingen in de DNA-sequentie. Het is de studie van genexpressie, de manier waarop genen hun fenotypische effecten teweegbrengen.
Deze veranderingen in genactiviteit kunnen voor de rest van het leven van de cel blijven bestaan. Ze kunnen gedurende vele generaties cellen blijven bestaan, door celdelingen. Er is echter geen verandering in de onderliggende DNA-sequentie van het organisme. In plaats daarvan zorgen niet-erfelijke factoren ervoor dat de genen van het organisme zich anders gedragen (uitdrukken). Epigenetica werkt via mechanismen zoals DNA-methylering.
Epigenetische factoren kunnen tot in de volwassenheid doorwerken.
Epigenetische mechanismen
Definities
Een algemene definitie is "de studie van ... genactiviteit tijdens de ontwikkeling van complexe organismen". Epigenetica kan dus worden gebruikt om iets anders dan de DNA-sequentie te beschrijven dat de ontwikkeling van een organisme beïnvloedt.
Een striktere of engere definitie is "de studie van mitotisch en/of meiotisch overerfbare veranderingen in de genfunctie die niet kunnen worden verklaard door veranderingen in de DNA-sequentie".
De term "epigenetica" wordt gebruikt om processen te beschrijven die niet erfelijk zijn. Een voorbeeld is histonmodificatie. Sommige definities vereisen dus geen erfelijkheid. Adrian Bird definieerde epigenetica als "de structurele aanpassing van chromosomale gebieden om veranderde activiteitstoestanden te registreren, te signaleren of te bestendigen". Deze definitie omvat DNA-herstel of celdelingsfasen, en stabiele veranderingen over de generaties heen. Anderen, zoals prionen, zijn uitgesloten, tenzij zij de chromosoomfunctie beïnvloeden.
De NIH Roadmap Epigenomics Project gebruikt de definitie: "...In het kader van dit programma verwijst epigenetica naar zowel erfelijke veranderingen in genactiviteit en -expressie (in het nageslacht van cellen of individuen), als naar stabiele, langdurige wijzigingen in het transcriptiepotentieel van een cel".
In 2008 werd op een bijeenkomst in Cold Spring Harbor een consensusdefinitie gegeven van de epigenetische eigenschap: "stabiel overerfbaar fenotype als gevolg van veranderingen in een chromosoom zonder wijzigingen in de DNA-sequentie".
Een enigszins verouderd maar verder betrouwbaar en leesbaar verslag is afkomstig van de krant The Guardian.
Afdrukken
Genomic imprinting betekent in deze context het vastleggen van een gen voor het leven van het individu. Tagging is de basishandeling waarbij cytosine-aminozuren een methylgroep krijgen toegevoegd door het enzym DNA-methyltransferase. Dit verandert de werking van dat gen zodat het (meestal) gunstiger is voor het individu. Meestal wordt het gen uitgeschakeld.
In het algemeen is het voordeel hiervan dat de genenproductie in de meest gunstige conditie blijft voor het leven van het specifieke individu.
Inprenting geeft momenteel aanleiding tot veel medisch onderzoek.
Zoogdieren
Inprenting lijkt pas ongeveer 150 miljoen jaar geleden te zijn geëvolueerd bij dieren. Het lijkt grotendeels beperkt tot zoogdieren. Het kan echter ook afzonderlijk (en eerder) bij planten zijn ontstaan.
Voorbeelden
Het beste voorbeeld van epigenetische veranderingen bij eukaryoten is het proces van celdifferentiatie. Tijdens de morfogenese worden gegeneraliseerde stamcellen de cellijnen van het embryo, die op hun beurt volledig gedifferentieerde cellen worden. Met andere woorden, een enkele bevruchte eicel - de zygote - deelt zich en verandert in alle vele celtypen: neuronen, spiercellen, epitheel, bloedvaten enz.
Naarmate het embryo zich ontwikkelt, worden sommige genen ingeschakeld, terwijl andere worden uitgeschakeld of gematigd. Dit proces wordt genregulatie genoemd. In de celkern bevinden zich vele moleculen die de output van de genen regelen.
DNA en histonen vormen samen het zogenaamde chromatine. Epigenetische wijzigingen in het chromatine worden gekopieerd tijdens de celdeling. Zo ontstaat een rij cellen die allemaal op elkaar lijken. Dit wordt een weefsel genoemd.
De meiose heft de epigenetische veranderingen op en zet het genoom terug naar zijn basistoestand, zodat het proces zich in elke nieuwe generatie voltrekt. Er zijn enkele uitzonderingen op deze regel, maar bij geen van deze uitzonderingen gaat het om veranderingen in de sequenties van DNA-basenparen.
Dit proces verschilt van mutaties in het DNA. Genetische mutaties veranderen de primaire DNA-sequentie, en mutaties kunnen in elke cel voorkomen. Maar alleen mutaties in cellen die betrokken zijn bij de voortplanting kunnen het nageslacht beïnvloeden.
Vormen van genetische inprenting zijn gevonden in planten en filamenteuze schimmels.
Vragen en antwoorden
V: Wat is epigenetica?
A: Epigenetica is de studie van veranderingen in genactiviteit die niet worden veroorzaakt door veranderingen in de DNA-sequentie. Het is de studie van genexpressie, of hoe genen hun fenotypische effecten teweegbrengen.
V: Hoe lang duren epigenetische veranderingen?
A: Epigenetische veranderingen kunnen voor de rest van het leven van een cel blijven bestaan, en kunnen door celdelingen zelfs vele generaties cellen meegaan.
V: Is er een verandering in de onderliggende DNA-sequentie wanneer epigenetica optreedt?
A: Nee, bij epigenetica verandert de onderliggende DNA-volgorde van een organisme niet. In plaats daarvan zorgen niet-erfelijke factoren ervoor dat genen zich anders gedragen zonder dat hun genetische samenstelling verandert.
V: Welke mechanismen gebruikt de epigenetica om te werken?
A: Epigenetica werkt door mechanismen zoals DNA-methylering.
V: Gaan epigenetische factoren door tot in de volwassenheid?
A: Ja, epigenetische factoren kunnen tot in de volwassenheid voortduren.
V: Hoe drukken genen zich anders uit door epigenetica? A: Genen uiten zich anders door niet-erfelijke factoren die ervoor zorgen dat ze zich anders gedragen zonder hun genetische samenstelling te veranderen.
V: Heeft elk organisme zijn eigen unieke epigenetische processen?
A: Ja, elk organisme heeft zijn eigen unieke reeks epigenetische processen die bepalen hoe zijn genen in de loop der tijd en over de generaties heen tot uitdrukking komen.
