Епігенетика: відмінності між версіями

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку
Інтерактивний перегляд історії
(Переглянути усі неперевірені зміни)
[очікує на перевірку][очікує на перевірку]
← Попереднє редагуванняНаступне редагування →
Вилучено вміст Додано вміст
ВізуальнийВікірозмітка
Оновлено, доповнено з інших статей
Рядок 1: Рядок 1:
[[Файл:Epigenetic mechanisms.png|thumb|right|300px|Епігенетичні механізми (англ.)]]
[[Файл:Epigenetic mechanisms.png|thumb|right|300px|Епігенетичні механізми: [[метилювання ДНК]] (англ.)]]
[[Файл:Cloned mice with different DNA methylation.png|thumb|Вигнутість хвоста у цих двох мишей залежить від епігенетичних чинників — метилювання ДНК]]
[[Файл:Cloned mice with different DNA methylation.png|thumb|Вигнутість хвоста у цих двох мишей залежить від епігенетичних чинників — метилювання ДНК]]
'''Епігене́тика''' — [[наука]], галузь [[Біологія|біології]], яка досліджує зміни в [[Експресія генів|експресії генів]] або клітинному [[Фенотип|фенотипі]], які відбуваються без змін основної послідовності [[Дезоксирибонуклеїнова кислота|ДНК]]. Епігенетика охоплює складний набір молекулярних механізмів, які регулюють те, як [[Ген|гени]] вмикаються або вимикаються у відповідь на фактори навколишнього середовища, ознаки розвитку та інші внутрішні чи зовнішні стимули.
'''Епігене́тика''' — наука, що вивчає спадкові зміни в [[фенотип]]і (зовнішньому вигляді) або в [[експресія генів|експресії генів]], що зумовлені іншими механізмами, ніж зміна послідовності нуклеотидів [[ДНК]]. Такі зміни можуть залишатися видимими протягом декількох клітинних поколінь чи навіть кількох поколінь живих організмів. Зміни в послідовності ДНК не відбуваються, натомість інші генетичні фактори змушують [[ген]]и виявляти себе інакше. Найкращим прикладом епігенетиних змін для [[еукаріоти|еукаріот]] є процес [[диференціація клітин|диференціації клітин]]. Протягом морфогенезу [[тотипотентність|тотипотентні]] [[стовбурові клітини]] стають [[плюрипотентність|плюрипотентними]] клітинними лініями [[ембріон]]у, які в свою чергу стають повністю [[диференціація клітин|диференційованими клітинами]]. Іншими словами, одна запліднена [[яйцеклітина]] — [[зигота]], ділиться й диференціюється в різні види клітин, які наявні в живому організмі. Це здійснюється шляхом активації одних [[ген]]ів та інгібування інших.


За своєю суттю епігенетика передбачає модифікації структури ДНК або пов’язаних білків гістонів, що впливають на активність генів. Ці модифікації можуть включати хімічні мітки, такі як метильні групи, додані до молекул ДНК, або зміни білків гістонів, навколо яких намотується ДНК. Ці зміни можуть змінити доступність генів для клітинного механізму, відповідального за зчитування та виконання генетичних інструкцій.
Відомі епігенетичні механізми: [[метилювання ДНК]]; ремоделювання [[хроматин]]у ([[Метилювання гістонів|метилювання]], [[Ацетилювання та деацетилювання гістонів|ацетилювання та деацетилювання]] [[гістони|гістонів]]); регуляція на рівні [[РНК]], зокрема [[РНК-інтерференція]]; [[пріон]]ізація білків; [[Інактивація X хромосоми|інактивація X-хромосоми]].


Значення епігенетики полягає в її ролі в контролі різних біологічних процесів, включаючи [[ембріогенез]] та [[Розвиток людини|розвиток]], [[Диференціація клітин|клітинну диференціацію]] та сприйнятливість до [[Хвороба|захворювань]]. Це підкреслює ідею про те, що наші гени не є лише детермінованими, але можуть залежати від факторів навколишнього середовища, вибору способу життя та досвіду, впливаючи як на індивідуальне [[Здоров'я|здоров’я]], так і на [[Успадкування набутих ознак|успадкування]] рис між поколіннями.
⚫
== Метилювання ДНК і ремоделювання хроматину ==
Оскільки фенотип клітини або організму в цілому залежить від того, які гени [[Транскрипція (біологія)|транскрибуються]], успадкування транскрипційного статусу генів може призводити до епігенетичних ефектів. Є декілька рівнів регуляції експресії генів, перший з яких — [[ремоделювання хроматину]], комплексу [[ДНК]] та асоційованих з нею білків — [[гістон]]ів. Ремоделювання [[хроматин]]у може ініціюватися:
* [[Посттрансляційна модифікація|Посттрансляційною модифікацією]] [[амінокислота|амінокислот]] [[гістон]]ів, наприклад, їх метилюванням;
* Модифікацією основ [[ДНК]], наприклад, [[метилювання]]м [[цитозин]]у, що призводить до появи 5-метилцитозину.


Вивчення епігенетики має глибоке значення для багатьох наукових дисциплін, включаючи [[Медицина|медицину]], [[Еволюційна біологія|еволюційну біологію]] та [[Біологія розвитку|біологію розвитку]]. Уявлення, отримані в результаті епігенетичних досліджень, пропонують багатообіцяючі шляхи для розуміння механізмів захворювання, розробки потенційних методів лікування та вивчення взаємодії між [[Генетика|генетикою]] та [[Навколишнє середовище|навколишнім середовищем]] у формуванні характеристик організму.
== Пост-транскрипційна регуляція ==

{{main|Пост-транскрипційна регуляція}}
== Молекулярні основи епігенетики ==
Іноді результат транскрипції гена прямо чи опосередковано регулює активність того ж гена. Наприклад, Hnf4 і MyoD посилюють транскрипцію багатьох генів, відповідно, [[печінка|печінки]] і [[м'язи|м'язів]], і є [[транскрипційні фактори|транскрипційними факторами]]. Інші епігенетичні зміни регулюються при експресії різних [[Альтернативний сплайсинг|сплайс-варіантів]] [[РНК]] або при формуванні дволанцюгових молекул РНК ([[РНК інтерференція]]). Ці гени часто вмикаються і вимикаються за допомогою сигнальних систем клітини, але іноді в [[синцитій|синцитії]] РНК передається між клітинами шляхом [[дифузія|дифузії]] чи в складі [[екзосома|екзосом]].
Тіло [[Людина|людини]] містить, за деякими оцінками, 400 основних {{Не перекладено|Тип клітини|типів клітин|en|Cell type}}<ref name=":210">{{Cite news|title=The human cell count and size distribution|url=https://pnas.org/doi/10.1073/pnas.2303077120|work=[[Proceedings of the National Academy of Sciences]]|date=2023-09-26|accessdate=2023-10-09|issn=0027-8424|pmc=PMC10523466|pmid=37722043|doi=10.1073/pnas.2303077120|volume=120|issue=39|language=en|first=Ian A.|last=Hatton|first2=Eric D.|last2=Galbraith|first3=Nono S. C.|last3=Merleau|first4=Teemu P.|last4=Miettinen|first5=Benjamin McDonald|last5=Smith|first6=Jeffery A.|last6=Shander}}</ref> — але всі ці типи мають однакову послідовність ДНК — їх відрізняють зміни в [[Епігеном|епігеномі]]. [[Епігеноміка]] — розділ епігенетики та [[Оміксні технології|оміксних аналізів]], що передбачає комплексний аналіз і вивчення повного набору епігенетичних модифікацій (тобто, епігеному) у всьому геномі [[Організм|організму]].

⚫
=== Метилювання ДНК ===
[[Метилювання ДНК]] передбачає додавання [[Метильна група|метильної групи]] до молекули ДНК, як правило, до залишків [[Цитозин|цитозину]] в динуклеотидах [[CpG-острівці|CpG]], що каталізується [[Ферменти|ферментами]] [[ДНК-метилтрансфераза|ДНК-метилтрансферазами]]<ref>{{Cite news|title=DNA methylation and DNA methyltransferases|url=http://epigeneticsandchromatin.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13072-017-0130-8|work=Epigenetics & Chromatin|date=2017-12|accessdate=2023-12-09|issn=1756-8935|pmc=PMC5422929|pmid=28503201|doi=10.1186/s13072-017-0130-8|volume=10|issue=1|language=en|first=John R.|last=Edwards|first2=Olya|last2=Yarychkivska|first3=Mathieu|last3=Boulard|first4=Timothy H.|last4=Bestor}}</ref>. Ця модифікація відіграє ключову роль у регуляції експресії генів і структури хроматину. Метильована ДНК часто корелює з мовчанням генів, впливаючи на транскрипційну активність і геномну стабільність.<ref>{{Cite news|title=Functions of DNA methylation: islands, start sites, gene bodies and beyond|url=https://www.nature.com/articles/nrg3230|work=[[Nature Reviews Genetics]]|date=2012-07|accessdate=2023-12-09|issn=1471-0064|doi=10.1038/nrg3230|pages=484–492|volume=13|issue=7|language=en|first=Peter A.|last=Jones}}</ref><ref>{{Cite news|title=DNA Methylation and Its Basic Function|url=https://www.nature.com/articles/npp2012112|work=[[Neuropsychopharmacology]]|date=2013-01|accessdate=2023-12-09|issn=1740-634X|doi=10.1038/npp.2012.112|pages=23–38|volume=38|issue=1|language=en|first=Lisa D.|last=Moore|first2=Thuc|last2=Le|first3=Guoping|last3=Fan}}</ref>

=== Модифікації гістонів ===
Модифікації [[Гістони|гістонів]] охоплюють різноманітний набір хімічних змін, включаючи [[ацетилювання]], [[метилювання]], [[фосфорилювання]] та убіквітування, що відбуваються на білках гістонів. Ці модифікації динамічно регулюють структуру хроматину та експресію генів, змінюючи доступність ДНК для механізму транскрипції. Гістонові модифікації діють узгоджено, щоб створити епігенетичний код, диктуючи стан хроматину та активність генів.<ref>{{Cite news|title=Chromatin Modifications and Their Function|url=https://doi.org/10.1016/j.cell.2007.02.005|work=[[Cell]]|date=2007-02|accessdate=2023-12-09|issn=0092-8674|doi=10.1016/j.cell.2007.02.005|pages=693–705|volume=128|issue=4|first=Tony|last=Kouzarides}}</ref>

=== Некодуючі РНК ===
[[Некодуючі РНК]] (нкРНК), включаючи [[мікроРНК]] і [[довгі некодуючі РНК]], відіграють вирішальну роль в епігенетичній регуляції.<ref>{{Cite news|title=Non-coding RNAs as regulators in epigenetics|url=https://www.spandidos-publications.com/10.3892/or.2016.5236|work=Oncology Reports|date=2017-01|accessdate=2023-12-09|issn=1021-335X|doi=10.3892/or.2016.5236|pages=3–9|volume=37|issue=1|language=en|first=Jian-Wei|last=Wei|first2=Kai|last2=Huang|first3=Chao|last3=Yang|first4=Chun-Sheng|last4=Kang}}</ref> МіРНК, зазвичай, довжиною 21-23 нуклеотиди, модулюють експресію генів посттранскрипційно, націлюючись на деградацію [[Матрична РНК|мРНК]] або репресію [[Трансляція (біологія)|трансляції]].<ref>{{Cite news|title=Overview of MicroRNA Biogenesis, Mechanisms of Actions, and Circulation|url=https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fendo.2018.00402|work=Frontiers in Endocrinology|date=2018|accessdate=2023-12-09|issn=1664-2392|pmc=PMC6085463|pmid=30123182|doi=10.3389/fendo.2018.00402|volume=9|first=Jacob|last=O'Brien|first2=Heyam|last2=Hayder|first3=Yara|last3=Zayed|first4=Chun|last4=Peng}}</ref> Довгі некодуючі РНК, довжина яких перевищує 200 нуклеотидів, регулюють експресію генів на транскрипційному та епігенетичному рівнях, взаємодіючи з комплексами, що модифікують хроматин, і направляючи їх до специфічних геномних [[Локус (генетика)|локусів]].<ref>{{Cite news|title=Genome Regulation by Long Noncoding RNAs|url=https://www.annualreviews.org/doi/10.1146/annurev-biochem-051410-092902|work=[[Annual Review of Biochemistry]]|date=2012-07-07|accessdate=2023-12-09|issn=0066-4154|pmc=PMC3858397|pmid=22663078|doi=10.1146/annurev-biochem-051410-092902|pages=145–166|volume=81|issue=1|language=en|first=John L.|last=Rinn|first2=Howard Y.|last2=Chang}}</ref>

=== Структура хроматину та епігенетичний контроль ===
Структура хроматину — динамічна збірка ДНК і білків-гістонів — є центральним гравцем епігенетичної регуляції. Організація хроматину в [[еухроматин]] (доступний і транскрипційно активний) або [[гетерохроматин]] (конденсований і транскрипційно репресований) глибоко впливає на експресію генів. Епігенетичні модифікації — метилювання ДНК, модифікації гістонів та некодуючі РНК — визначають стани хроматину, впливаючи на доступність ДНК і таким чином регулюючи транскрипцію генів.<ref>{{Cite news|title=Epigenetic Modifications: Basic Mechanisms and Role in Cardiovascular Disease|url=https://www.ahajournals.org/doi/10.1161/CIRCULATIONAHA.110.956839|work=Circulation|date=2011-05-17|accessdate=2023-12-09|issn=0009-7322|pmc=PMC3107542|pmid=21576679|doi=10.1161/CIRCULATIONAHA.110.956839|pages=2145–2156|volume=123|issue=19|language=en|first=Diane E.|last=Handy|first2=Rita|last2=Castro|first3=Joseph|last3=Loscalzo}}</ref>

== Епігенетика в біології розвитку ==

=== Епігенетична регуляція ембріонального розвитку ===
Епігенетичні модифікації мають вирішальне значення для контролю експресії генів під час [[Ембріогенез|ембріогенезу]], впливаючи на такі процеси, як [[Диференціація клітин|клітинна диференціація]] та [[органогенез]]. Ці зміни, які включають метилювання ДНК, модифікації гістонів і механізми на основі РНК, забезпечують правильну просторово-часову експресію генів, уможливлюючи розвиток складних [[Багатоклітинні організми|багатоклітинних організмів]] із однієї заплідненої [[Яйцеклітина|яйцеклітини]].<ref>{{Cite news|title=Stability and flexibility of epigenetic gene regulation in mammalian development|url=https://www.nature.com/articles/nature05918|work=[[Nature]]|date=2007-05|accessdate=2023-06-20|issn=0028-0836|doi=10.1038/nature05918|pages=425–432|volume=447|issue=7143|language=en|first=Wolf|last=Reik}}</ref><ref>{{Cite news|title=Epigenetic reprogramming in the germline: towards the ground state of the epigenome|url=https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rstb.2011.0042|work=Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences|date=2011-08-12|accessdate=2023-06-20|issn=0962-8436|pmc=PMC3130423|pmid=21727132|doi=10.1098/rstb.2011.0042|pages=2266–2273|volume=366|issue=1575|language=en|first=Petra|last=Hajkova}}</ref>

=== Епігенетика та клітинна диференціація ===
На клітинну диференціацію, процес, за допомогою якого клітина змінює один тип на інший, сильно впливає епігеном. Епігенетичні модифікації можуть «заблокувати» профілі експресії генів диференційованих клітин, гарантуючи, що клітина [[Шкіра|шкіри]], наприклад, продовжує поводитися як клітина шкіри, навіть коли вона ділиться і її нащадки розмножуються.<ref>{{Cite news|title=Genome-wide maps of chromatin state in pluripotent and lineage-committed cells|url=https://www.nature.com/articles/nature06008|work=[[Nature]]|date=2007-08|accessdate=2023-06-20|issn=0028-0836|pmc=PMC2921165|pmid=17603471|doi=10.1038/nature06008|pages=553–560|volume=448|issue=7153|language=en|first=Tarjei S.|last=Mikkelsen|first2=Manching|last2=Ku|first3=David B.|last3=Jaffe|first4=Biju|last4=Issac|first5=Erez|last5=Lieberman|first6=Georgia|last6=Giannoukos|first7=Pablo|last7=Alvarez|first8=William|last8=Brockman|first9=Tae-Kyung|last9=Kim}}</ref>

=== Епігенетичне перезавантаження в розвитку ссавців ===
Унікальною особливістю розвитку ссавців є «епігенетичне перезавантаження», яке відбувається незабаром після [[запліднення]] та під час формування [[Статеві клітини|статевих клітин]]. Це передбачає стирання та подальше відновлення епігенетичних позначок, процес, який є критично важливим для підтримки цілісності генома через покоління.<ref>{{Cite news|title=Conceptual links between DNA methylation reprogramming in the early embryo and primordial germ cells|url=https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0955067413000367|work=Current Opinion in Cell Biology|date=2013-06|accessdate=2023-06-20|doi=10.1016/j.ceb.2013.02.013|pages=281–288|volume=25|issue=3|language=en|first=Stefanie|last=Seisenberger|first2=Julian R|last2=Peat|first3=Wolf|last3=Reik}}</ref><ref>{{Cite news|title=Epigenetic resetting in the human germ line entails histone modification remodeling|url=https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ade1257|work=[[Science Advances]]|date=2023-01-20|accessdate=2023-06-20|issn=2375-2548|pmc=PMC9848478|pmid=36652508|doi=10.1126/sciadv.ade1257|volume=9|issue=3|language=en|first=Wolfram H.|last=Gruhn|first2=Walfred W.C.|last2=Tang|first3=Sabine|last3=Dietmann|first4=João P.|last4=Alves-Lopes|first5=Christopher A.|last5=Penfold|first6=Frederick C. K.|last6=Wong|first7=Navin B.|last7=Ramakrishna|first8=M. Azim|last8=Surani}}</ref>

=== Роль некодуючих РНК у розвитку ===
Було виявлено, що некодуючі РНК, включаючи мікроРНК і довгі некодуючі РНК, відіграють вирішальну роль у процесах розвитку. Вони можуть модулювати експресію генів на різних рівнях, впливаючи на структуру хроматину, транскрипцію та трансляцію, і тим самим формуючи результати розвитку.<ref>{{Cite news|title=Modular regulatory principles of large non-coding RNAs|url=https://www.nature.com/articles/nature10887|work=[[Nature]]|date=2012-02|accessdate=2023-06-20|issn=0028-0836|pmc=PMC4197003|pmid=22337053|doi=10.1038/nature10887|pages=339–346|volume=482|issue=7385|language=en|first=Mitchell|last=Guttman|first2=John L.|last2=Rinn}}</ref>


== Епігенетика та еволюція ==
== Епігенетика та еволюція ==
Низка дослідників вважають, що епігенетичні чинники можуть відігравати роль у еволюції, забезпечуючи передачу інформації через покоління без зміни послідовності ДНК.<ref name="LindSpagopoulou2018">{{cite journal|last1=Lind|first1=Martin I.|last2=Spagopoulou|first2=Foteini|title=Evolutionary consequences of epigenetic inheritance|journal=Heredity|volume=121|issue=3|year=2018|pages=205–209|issn=0018-067X|doi=10.1038/s41437-018-0113-y}}</ref>


=== Епігенетичне успадкування ===
⚫
== Література ==
Епігенетичні модифікації іноді можуть успадковуватися поколіннями у феномені, відомому як «{{Не перекладено|Епігенетичне успадкування|епігенетичне успадкування|en|Transgenerational epigenetic inheritance}}».<ref>{{Cite news|title=Transgenerational Epigenetic Inheritance: Prevalence, Mechanisms, and Implications for the Study of Heredity and Evolution|url=https://www.journals.uchicago.edu/doi/10.1086/598822|work=The Quarterly Review of Biology|date=2009-06|accessdate=2023-06-20|issn=0033-5770|doi=10.1086/598822|pages=131–176|volume=84|issue=2|language=en|first=Eva|last=Jablonka|first2=Gal|last2=Raz}}</ref> Цей процес, який передбачає передачу інформації від [[Батьки|батьків]] до нащадків, яка не закодована в самій послідовності ДНК, додає ще один рівень складності до нашого розуміння [[Еволюція|еволюції]] та [[Природний відбор|природного відбору]]. Це відкриває розуміння того, що фактори навколишнього середовища, яких зазнає одне покоління, можуть впливати на риси наступних поколінь.<ref>{{Cite news|title=Environmentally induced epigenetic transgenerational inheritance of sperm epimutations promote genetic mutations|url=http://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/15592294.2015.1062207|work=Epigenetics|date=2015-08-03|accessdate=2023-06-20|issn=1559-2294|pmc=PMC4622673|pmid=26237076|doi=10.1080/15592294.2015.1062207|pages=762–771|volume=10|issue=8|language=en|first=Michael K|last=Skinner|first2=Carlos|last2=Guerrero-Bosagna|first3=M Muksitul|last3=Haque}}</ref><ref>{{Cite news|title=Molecular mechanisms of transgenerational epigenetic inheritance|url=https://www.nature.com/articles/s41576-021-00438-5|work=[[Nature Reviews Genetics]]|date=2022-06|accessdate=2023-06-20|issn=1471-0064|doi=10.1038/s41576-021-00438-5|pages=325–341|volume=23|issue=6|language=en|first=Maximilian H.|last=Fitz-James|first2=Giacomo|last2=Cavalli}}</ref><ref>{{Cite news|title=Epigenetic “Transgenerational” Inheritance|url=https://www.ahajournals.org/doi/10.1161/CIRCULATIONAHA.122.061794|work=Circulation|date=2022-10-04|accessdate=2023-06-20|issn=0009-7322|doi=10.1161/CIRCULATIONAHA.122.061794|pages=1096–1098|volume=146|issue=14|language=en|first=Friedrich C.|last=Luft}}</ref>
* Журнали: [https://www.tandfonline.com/loi/kepi20 Epigenetics], [https://clinicalepigeneticsjournal.biomedcentral.com/ Clinical Epigenetics], [https://epicom.biomedcentral.com/ Epigenetics Communications], [https://academic.oup.com/eep Environmental Epigenetics], [https://epigeneticsandchromatin.biomedcentral.com/ Epigenetics & Chromatin], [https://journals.sagepub.com/home/gae Epigenetics Insights].

⚫
* [https://web.archive.org/web/20160520004334/http://my.science.ua/blog/biology/66.html Епігенетика: нескінченна історія (у трьох томах). Том перший. ''«Моя наука»'']
=== Епігенетика та видоутворення ===
* [https://web.archive.org/web/20151023000244/http://my.science.ua/blog/biology/ep_genetika-nesk_nchenna-stor_ja-u-troh-tomah-vol-2_1.html Епігенетика: нескінченна історія (у трьох томах). Том 2.1. Власне епігенетика. ''«Моя наука»'']
Епігеномні зміни також можуть сприяти процесу [[видоутворення]] — утворенню нових і відмінних [[Вид|видів]] у ході еволюції. Епігенетичні варіації, впливаючи на моделі експресії генів, можуть сприяти [[Фенотип|фенотипічному]] різноманіттю, яке спричиняє [[Дивергенція (біологія)|дивергенцію]] видів.<ref>{{Cite news|title=HOW STABLE ‘SHOULD’ EPIGENETIC MODIFICATIONS BE? INSIGHTS FROM ADAPTIVE PLASTICITY AND BET HEDGING: SPECIAL SECTION|url=https://academic.oup.com/evolut/article/68/3/632/6851832|work=Evolution|date=2014-03|accessdate=2023-06-20|doi=10.1111/evo.12324|pages=632–643|volume=68|issue=3|language=en|first=Jacob J.|last=Herman|first2=Hamish G.|last2=Spencer|first3=Kathleen|last3=Donohue|first4=Sonia E.|last4=Sultan}}</ref><ref>{{Cite news|title=Epigenetic induction may speed up or slow down speciation with gene flow|url=https://academic.oup.com/evolut/article/76/6/1170/6728929|work=Evolution|date=2022-06|accessdate=2023-06-20|issn=0014-3820|pmc=PMC9321097|pmid=35482931|doi=10.1111/evo.14494|pages=1170–1182|volume=76|issue=6|language=en|first=Philip B.|last=Greenspoon|first2=Hamish G.|last2=Spencer|first3=Leithen K.|last3=M'Gonigle}}</ref>
⚫
* Adrian Bird (2007). «Perceptions of epigenetics». Nature 447: 396–398. PMID 17522671

⚫
* V.L. Chandler (2007). «Paramutation: From Maize to Mice». Cell 128: 641–645.
=== Епігенетика та адаптація ===
Епігеномні модифікації можуть допомогти організмам швидко [[Адаптація|адаптуватися]] до змін середовища. На відміну від генетичних [[Мутація|мутацій]], епігенетичні зміни можуть відбуватися швидко у відповідь на подразники навколишнього середовища, дозволяючи організмам коригувати моделі експресії генів і, отже, свої фенотипи протягом життя.<ref>{{Cite news|title=Environmentally induced phenotypes and DNA methylation: how to deal with unpredictable conditions until the next generation and after|url=https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1365-294X.2010.04580.x|work=Molecular Ecology|date=2010-04|accessdate=2023-06-20|doi=10.1111/j.1365-294X.2010.04580.x|pages=1283–1295|volume=19|issue=7|language=en|first=Bernard|last=Angers|first2=Emilie|last2=Castonguay|first3=Rachel|last3=Massicotte}}</ref>

=== Епігенетика та еволюційна теорія ===
Наслідки епігенетики для еволюції є глибокими, що потенційно вимагає переосмислення традиційної [[Теорія еволюції|еволюційної теорії]]. Це передбачає інтеграцію концепції «епігенотипу» в наше розуміння еволюційних процесів поряд із традиційним фокусом на [[Генотип|генотипі]].<ref>{{Cite news|title=Nongenetic Inheritance and Its Evolutionary Implications|url=https://www.annualreviews.org/doi/10.1146/annurev.ecolsys.39.110707.173441|work=Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics|date=2009-12-01|accessdate=2023-06-20|issn=1543-592X|doi=10.1146/annurev.ecolsys.39.110707.173441|pages=103–125|volume=40|issue=1|language=en|first=Russell|last=Bonduriansky|first2=Troy|last2=Day}}</ref><ref>{{Cite news|title=Epigenetics and Evolution|url=https://www.karger.com/Article/FullText/477993|work=Human Development|date=2017|accessdate=2023-06-20|issn=0018-716X|doi=10.1159/000477993|pages=81–94|volume=60|issue=2-3|language=en|first=Peter T.|last=Saunders}}</ref>


== Див. також ==
== Див. також ==
* [[Епігеноміка]]
* [[Епігеноміка]]
* [[Мультиоміка]]
* [[Епігеном]]
* [[Епігенетичне перепрограмування]]
* [[Епігенетичний ландшафт]]
* [[Епігенетичний ландшафт]]
* [[Нутрігеноміка]]
* [[Нутрігеноміка]]
Рядок 32: Рядок 61:
* [[Омолодження]]
* [[Омолодження]]
* [[Сін'я Яманака]]
* [[Сін'я Яманака]]
* {{Не перекладено|Редагування епігенома|Редагування епігенома|en|Epigenome editing}}
* [[Епігенетичні мінерали]]

⚫
== Література ==
⚫
* [https://web.archive.org/web/20160520004334/http://my.science.ua/blog/biology/66.html Епігенетика: нескінченна історія (у трьох томах). Том перший. ''«Моя наука»'']; [https://web.archive.org/web/20151023000244/http://my.science.ua/blog/biology/ep_genetika-nesk_nchenna-stor_ja-u-troh-tomah-vol-2_1.html Том другий. Власне епігенетика. ''«Моя наука»'']
⚫
* Adrian Bird (2007). «Perceptions of epigenetics». Nature 447: 396–398. PMID 17522671
⚫
* V.L. Chandler (2007). «Paramutation: From Maize to Mice». Cell 128: 641–645.

== Додаткова література ==

=== Книги ===

* Серга С.В., Козерецька І.А., Демидов С.В., Вайсерман О.М. [https://biology.univ.kiev.ua/images/stories/Kafedry/Genetika/Biblioteka/Epigenetichni_osnovy_ontogenezu.pdf Епігенетичні основи онтогенезу: Посібник для студентів біологічних, медичних та сільськогосподарських спеціальностей.] — Київ.
* Серія книг [https://www.frontiersin.org/books/Epigenomics_and_Epigenetics Books in Epigenomics and Epigenetics] (Frontiers in Genetics, 2012-2023+, [[відкритий доступ]])

=== Журнали ===

* [https://www.tandfonline.com/loi/kepi20 ''Epigenetics'']
* [https://clinicalepigeneticsjournal.biomedcentral.com/ ''Clinical Epigenetics'']
* [https://epicom.biomedcentral.com/ ''Epigenetics Communications'']
* [https://academic.oup.com/eep ''Environmental Epigenetics'']
* [https://epigeneticsandchromatin.biomedcentral.com/ ''Epigenetics & Chromatin'']
* [https://journals.sagepub.com/home/gae ''Epigenetics Insights'']


== Примітки ==
== Примітки ==

Версія за 15:37, 10 грудня 2023

Епігенетичні механізми: метилювання ДНК (англ.)
Вигнутість хвоста у цих двох мишей залежить від епігенетичних чинників — метилювання ДНК

Епігене́тика — наука, галузь біології, яка досліджує зміни в експресії генів або клітинному фенотипі, які відбуваються без змін основної послідовності ДНК. Епігенетика охоплює складний набір молекулярних механізмів, які регулюють те, як гени вмикаються або вимикаються у відповідь на фактори навколишнього середовища, ознаки розвитку та інші внутрішні чи зовнішні стимули.

За своєю суттю епігенетика передбачає модифікації структури ДНК або пов’язаних білків гістонів, що впливають на активність генів. Ці модифікації можуть включати хімічні мітки, такі як метильні групи, додані до молекул ДНК, або зміни білків гістонів, навколо яких намотується ДНК. Ці зміни можуть змінити доступність генів для клітинного механізму, відповідального за зчитування та виконання генетичних інструкцій.

Значення епігенетики полягає в її ролі в контролі різних біологічних процесів, включаючи ембріогенез та розвиток, клітинну диференціацію та сприйнятливість до захворювань. Це підкреслює ідею про те, що наші гени не є лише детермінованими, але можуть залежати від факторів навколишнього середовища, вибору способу життя та досвіду, впливаючи як на індивідуальне здоров’я, так і на успадкування рис між поколіннями.

Вивчення епігенетики має глибоке значення для багатьох наукових дисциплін, включаючи медицину, еволюційну біологію та біологію розвитку. Уявлення, отримані в результаті епігенетичних досліджень, пропонують багатообіцяючі шляхи для розуміння механізмів захворювання, розробки потенційних методів лікування та вивчення взаємодії між генетикою та навколишнім середовищем у формуванні характеристик організму.

Молекулярні основи епігенетики

Тіло людини містить, за деякими оцінками, 400 основних типів клітин[en][1] — але всі ці типи мають однакову послідовність ДНК — їх відрізняють зміни в епігеномі. Епігеноміка — розділ епігенетики та оміксних аналізів, що передбачає комплексний аналіз і вивчення повного набору епігенетичних модифікацій (тобто, епігеному) у всьому геномі організму.

Метилювання ДНК

Метилювання ДНК передбачає додавання метильної групи до молекули ДНК, як правило, до залишків цитозину в динуклеотидах CpG, що каталізується ферментами ДНК-метилтрансферазами[2]. Ця модифікація відіграє ключову роль у регуляції експресії генів і структури хроматину. Метильована ДНК часто корелює з мовчанням генів, впливаючи на транскрипційну активність і геномну стабільність.[3][4]

Модифікації гістонів

Модифікації гістонів охоплюють різноманітний набір хімічних змін, включаючи ацетилювання, метилювання, фосфорилювання та убіквітування, що відбуваються на білках гістонів. Ці модифікації динамічно регулюють структуру хроматину та експресію генів, змінюючи доступність ДНК для механізму транскрипції. Гістонові модифікації діють узгоджено, щоб створити епігенетичний код, диктуючи стан хроматину та активність генів.[5]

Некодуючі РНК

Некодуючі РНК (нкРНК), включаючи мікроРНК і довгі некодуючі РНК, відіграють вирішальну роль в епігенетичній регуляції.[6] МіРНК, зазвичай, довжиною 21-23 нуклеотиди, модулюють експресію генів посттранскрипційно, націлюючись на деградацію мРНК або репресію трансляції.[7] Довгі некодуючі РНК, довжина яких перевищує 200 нуклеотидів, регулюють експресію генів на транскрипційному та епігенетичному рівнях, взаємодіючи з комплексами, що модифікують хроматин, і направляючи їх до специфічних геномних локусів.[8]

Структура хроматину та епігенетичний контроль

Структура хроматину — динамічна збірка ДНК і білків-гістонів — є центральним гравцем епігенетичної регуляції. Організація хроматину в еухроматин (доступний і транскрипційно активний) або гетерохроматин (конденсований і транскрипційно репресований) глибоко впливає на експресію генів. Епігенетичні модифікації — метилювання ДНК, модифікації гістонів та некодуючі РНК — визначають стани хроматину, впливаючи на доступність ДНК і таким чином регулюючи транскрипцію генів.[9]

Епігенетика в біології розвитку

Епігенетична регуляція ембріонального розвитку

Епігенетичні модифікації мають вирішальне значення для контролю експресії генів під час ембріогенезу, впливаючи на такі процеси, як клітинна диференціація та органогенез. Ці зміни, які включають метилювання ДНК, модифікації гістонів і механізми на основі РНК, забезпечують правильну просторово-часову експресію генів, уможливлюючи розвиток складних багатоклітинних організмів із однієї заплідненої яйцеклітини.[10][11]

Епігенетика та клітинна диференціація

На клітинну диференціацію, процес, за допомогою якого клітина змінює один тип на інший, сильно впливає епігеном. Епігенетичні модифікації можуть «заблокувати» профілі експресії генів диференційованих клітин, гарантуючи, що клітина шкіри, наприклад, продовжує поводитися як клітина шкіри, навіть коли вона ділиться і її нащадки розмножуються.[12]

Епігенетичне перезавантаження в розвитку ссавців

Унікальною особливістю розвитку ссавців є «епігенетичне перезавантаження», яке відбувається незабаром після запліднення та під час формування статевих клітин. Це передбачає стирання та подальше відновлення епігенетичних позначок, процес, який є критично важливим для підтримки цілісності генома через покоління.[13][14]

Роль некодуючих РНК у розвитку

Було виявлено, що некодуючі РНК, включаючи мікроРНК і довгі некодуючі РНК, відіграють вирішальну роль у процесах розвитку. Вони можуть модулювати експресію генів на різних рівнях, впливаючи на структуру хроматину, транскрипцію та трансляцію, і тим самим формуючи результати розвитку.[15]

Епігенетика та еволюція

Епігенетичне успадкування

Епігенетичні модифікації іноді можуть успадковуватися поколіннями у феномені, відомому як «епігенетичне успадкування[en]».[16] Цей процес, який передбачає передачу інформації від батьків до нащадків, яка не закодована в самій послідовності ДНК, додає ще один рівень складності до нашого розуміння еволюції та природного відбору. Це відкриває розуміння того, що фактори навколишнього середовища, яких зазнає одне покоління, можуть впливати на риси наступних поколінь.[17][18][19]

Епігенетика та видоутворення

Епігеномні зміни також можуть сприяти процесу видоутворення — утворенню нових і відмінних видів у ході еволюції. Епігенетичні варіації, впливаючи на моделі експресії генів, можуть сприяти фенотипічному різноманіттю, яке спричиняє дивергенцію видів.[20][21]

Епігенетика та адаптація

Епігеномні модифікації можуть допомогти організмам швидко адаптуватися до змін середовища. На відміну від генетичних мутацій, епігенетичні зміни можуть відбуватися швидко у відповідь на подразники навколишнього середовища, дозволяючи організмам коригувати моделі експресії генів і, отже, свої фенотипи протягом життя.[22]

Епігенетика та еволюційна теорія

Наслідки епігенетики для еволюції є глибокими, що потенційно вимагає переосмислення традиційної еволюційної теорії. Це передбачає інтеграцію концепції «епігенотипу» в наше розуміння еволюційних процесів поряд із традиційним фокусом на генотипі.[23][24]

Див. також

Література

Додаткова література

Книги

Журнали

Примітки

  1. ↑ Hatton, Ian A.; Galbraith, Eric D.; Merleau, Nono S. C.; Miettinen, Teemu P.; Smith, Benjamin McDonald; Shander, Jeffery A. (26 вересня 2023). The human cell count and size distribution. Proceedings of the National Academy of Sciences (англ.). Т. 120, № 39. doi:10.1073/pnas.2303077120. ISSN 0027-8424. PMC 10523466. PMID 37722043. Процитовано 9 жовтня 2023.{{cite news}}: Обслуговування CS1: Сторінки з PMC з іншим форматом (посилання)
  2. ↑ Edwards, John R.; Yarychkivska, Olya; Boulard, Mathieu; Bestor, Timothy H. (2017-12). DNA methylation and DNA methyltransferases. Epigenetics & Chromatin (англ.). Т. 10, № 1. doi:10.1186/s13072-017-0130-8. ISSN 1756-8935. PMC 5422929. PMID 28503201. Процитовано 9 грудня 2023.{{cite news}}: Обслуговування CS1: Сторінки з PMC з іншим форматом (посилання) Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання)
  3. ↑ Jones, Peter A. (2012-07). Functions of DNA methylation: islands, start sites, gene bodies and beyond. Nature Reviews Genetics (англ.). Т. 13, № 7. с. 484—492. doi:10.1038/nrg3230. ISSN 1471-0064. Процитовано 9 грудня 2023.
  4. ↑ Moore, Lisa D.; Le, Thuc; Fan, Guoping (2013-01). DNA Methylation and Its Basic Function. Neuropsychopharmacology (англ.). Т. 38, № 1. с. 23—38. doi:10.1038/npp.2012.112. ISSN 1740-634X. Процитовано 9 грудня 2023.
  5. ↑ Kouzarides, Tony (2007-02). Chromatin Modifications and Their Function. Cell. Т. 128, № 4. с. 693—705. doi:10.1016/j.cell.2007.02.005. ISSN 0092-8674. Процитовано 9 грудня 2023.
  6. ↑ Wei, Jian-Wei; Huang, Kai; Yang, Chao; Kang, Chun-Sheng (2017-01). Non-coding RNAs as regulators in epigenetics. Oncology Reports (англ.). Т. 37, № 1. с. 3—9. doi:10.3892/or.2016.5236. ISSN 1021-335X. Процитовано 9 грудня 2023.
  7. ↑ O'Brien, Jacob; Hayder, Heyam; Zayed, Yara; Peng, Chun (2018). Overview of MicroRNA Biogenesis, Mechanisms of Actions, and Circulation. Frontiers in Endocrinology. Т. 9. doi:10.3389/fendo.2018.00402. ISSN 1664-2392. PMC 6085463. PMID 30123182. Процитовано 9 грудня 2023.{{cite news}}: Обслуговування CS1: Сторінки з PMC з іншим форматом (посилання) Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання)
  8. ↑ Rinn, John L.; Chang, Howard Y. (7 липня 2012). Genome Regulation by Long Noncoding RNAs. Annual Review of Biochemistry (англ.). Т. 81, № 1. с. 145—166. doi:10.1146/annurev-biochem-051410-092902. ISSN 0066-4154. PMC 3858397. PMID 22663078. Процитовано 9 грудня 2023.{{cite news}}: Обслуговування CS1: Сторінки з PMC з іншим форматом (посилання)
  9. ↑ Handy, Diane E.; Castro, Rita; Loscalzo, Joseph (17 травня 2011). Epigenetic Modifications: Basic Mechanisms and Role in Cardiovascular Disease. Circulation (англ.). Т. 123, № 19. с. 2145—2156. doi:10.1161/CIRCULATIONAHA.110.956839. ISSN 0009-7322. PMC 3107542. PMID 21576679. Процитовано 9 грудня 2023.{{cite news}}: Обслуговування CS1: Сторінки з PMC з іншим форматом (посилання)
  10. ↑ Reik, Wolf (2007-05). Stability and flexibility of epigenetic gene regulation in mammalian development. Nature (англ.). Т. 447, № 7143. с. 425—432. doi:10.1038/nature05918. ISSN 0028-0836. Процитовано 20 червня 2023.
  11. ↑ Hajkova, Petra (12 серпня 2011). Epigenetic reprogramming in the germline: towards the ground state of the epigenome. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences (англ.). Т. 366, № 1575. с. 2266—2273. doi:10.1098/rstb.2011.0042. ISSN 0962-8436. PMC 3130423. PMID 21727132. Процитовано 20 червня 2023.{{cite news}}: Обслуговування CS1: Сторінки з PMC з іншим форматом (посилання)
  12. ↑ Mikkelsen, Tarjei S.; Ku, Manching; Jaffe, David B.; Issac, Biju; Lieberman, Erez; Giannoukos, Georgia; Alvarez, Pablo; Brockman, William; Kim, Tae-Kyung (2007-08). Genome-wide maps of chromatin state in pluripotent and lineage-committed cells. Nature (англ.). Т. 448, № 7153. с. 553—560. doi:10.1038/nature06008. ISSN 0028-0836. PMC 2921165. PMID 17603471. Процитовано 20 червня 2023.{{cite news}}: Обслуговування CS1: Сторінки з PMC з іншим форматом (посилання)
  13. ↑ Seisenberger, Stefanie; Peat, Julian R; Reik, Wolf (2013-06). Conceptual links between DNA methylation reprogramming in the early embryo and primordial germ cells. Current Opinion in Cell Biology (англ.). Т. 25, № 3. с. 281—288. doi:10.1016/j.ceb.2013.02.013. Процитовано 20 червня 2023.
  14. ↑ Gruhn, Wolfram H.; Tang, Walfred W.C.; Dietmann, Sabine; Alves-Lopes, João P.; Penfold, Christopher A.; Wong, Frederick C. K.; Ramakrishna, Navin B.; Surani, M. Azim (20 січня 2023). Epigenetic resetting in the human germ line entails histone modification remodeling. Science Advances (англ.). Т. 9, № 3. doi:10.1126/sciadv.ade1257. ISSN 2375-2548. PMC 9848478. PMID 36652508. Процитовано 20 червня 2023.{{cite news}}: Обслуговування CS1: Сторінки з PMC з іншим форматом (посилання)
  15. ↑ Guttman, Mitchell; Rinn, John L. (2012-02). Modular regulatory principles of large non-coding RNAs. Nature (англ.). Т. 482, № 7385. с. 339—346. doi:10.1038/nature10887. ISSN 0028-0836. PMC 4197003. PMID 22337053. Процитовано 20 червня 2023.{{cite news}}: Обслуговування CS1: Сторінки з PMC з іншим форматом (посилання)
  16. ↑ Jablonka, Eva; Raz, Gal (2009-06). Transgenerational Epigenetic Inheritance: Prevalence, Mechanisms, and Implications for the Study of Heredity and Evolution. The Quarterly Review of Biology (англ.). Т. 84, № 2. с. 131—176. doi:10.1086/598822. ISSN 0033-5770. Процитовано 20 червня 2023.
  17. ↑ Skinner, Michael K; Guerrero-Bosagna, Carlos; Haque, M Muksitul (3 серпня 2015). Environmentally induced epigenetic transgenerational inheritance of sperm epimutations promote genetic mutations. Epigenetics (англ.). Т. 10, № 8. с. 762—771. doi:10.1080/15592294.2015.1062207. ISSN 1559-2294. PMC 4622673. PMID 26237076. Процитовано 20 червня 2023.{{cite news}}: Обслуговування CS1: Сторінки з PMC з іншим форматом (посилання)
  18. ↑ Fitz-James, Maximilian H.; Cavalli, Giacomo (2022-06). Molecular mechanisms of transgenerational epigenetic inheritance. Nature Reviews Genetics (англ.). Т. 23, № 6. с. 325—341. doi:10.1038/s41576-021-00438-5. ISSN 1471-0064. Процитовано 20 червня 2023.
  19. ↑ Luft, Friedrich C. (4 жовтня 2022). Epigenetic “Transgenerational” Inheritance. Circulation (англ.). Т. 146, № 14. с. 1096—1098. doi:10.1161/CIRCULATIONAHA.122.061794. ISSN 0009-7322. Процитовано 20 червня 2023.
  20. ↑ Herman, Jacob J.; Spencer, Hamish G.; Donohue, Kathleen; Sultan, Sonia E. (2014-03). HOW STABLE ‘SHOULD’ EPIGENETIC MODIFICATIONS BE? INSIGHTS FROM ADAPTIVE PLASTICITY AND BET HEDGING: SPECIAL SECTION. Evolution (англ.). Т. 68, № 3. с. 632—643. doi:10.1111/evo.12324. Процитовано 20 червня 2023.
  21. ↑ Greenspoon, Philip B.; Spencer, Hamish G.; M'Gonigle, Leithen K. (2022-06). Epigenetic induction may speed up or slow down speciation with gene flow. Evolution (англ.). Т. 76, № 6. с. 1170—1182. doi:10.1111/evo.14494. ISSN 0014-3820. PMC 9321097. PMID 35482931. Процитовано 20 червня 2023.{{cite news}}: Обслуговування CS1: Сторінки з PMC з іншим форматом (посилання)
  22. ↑ Angers, Bernard; Castonguay, Emilie; Massicotte, Rachel (2010-04). Environmentally induced phenotypes and DNA methylation: how to deal with unpredictable conditions until the next generation and after. Molecular Ecology (англ.). Т. 19, № 7. с. 1283—1295. doi:10.1111/j.1365-294X.2010.04580.x. Процитовано 20 червня 2023.
  23. ↑ Bonduriansky, Russell; Day, Troy (1 грудня 2009). Nongenetic Inheritance and Its Evolutionary Implications. Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics (англ.). Т. 40, № 1. с. 103—125. doi:10.1146/annurev.ecolsys.39.110707.173441. ISSN 1543-592X. Процитовано 20 червня 2023.
  24. ↑ Saunders, Peter T. (2017). Epigenetics and Evolution. Human Development (англ.). Т. 60, № 2-3. с. 81—94. doi:10.1159/000477993. ISSN 0018-716X. Процитовано 20 червня 2023.
ДНК Це незавершена стаття з генетики.
Ви можете допомогти проєкту, виправивши або дописавши її.
Сахарин Це незавершена стаття з молекулярної біології.
Ви можете допомогти проєкту, виправивши або дописавши її.
Основні поняття
Центральна догма молекулярної біології
Стандартний напрямок:
«Неканонічний» напрямок:
Транскрипція
Процесинг РНК
Трансляція
Регуляція експресії генів
Розділи генетики
Поняття
Історія генетики
Сабреддіт (англ.)
Тематичні сайти
Словники та енциклопедії
Довідкові видання
Нормативний контроль
Отримано з https://uk.wikipedia.org/w/index.php?title=Епігенетика&oldid=41110036