Чекор над ДНК: епигенетика и нејзината историја (Прв дел)

СПОДЕЛИ

Историските почетоци на епигенетиката

Иако е релативно ново поле, епигенетиката има долга и возбудлива историја која оди назад кон средината на 18тиот век. Како и многу останати принципи во науката, така и епигенетиката првично започнува со спознавањето на необјаснет феномен – т.е како одредени карактеристики се пропагираат меѓу генерации? Не е воопшто изненадливо што Чарлс Дарвин – основоположникот на теоријата за еволуција, можеби од денешна гледна точка е татко и на епигенетиката.

Во моделот на пангенеза, што тој првично го предложил, недетерминирани молекули наречени „гемули“ (eng. “gemmules”) биле ослободени од клетките и транспортирани преку крвотокот до герминалните клетки . Се сметало дека овие наследни единки поседувале пластичнен потенцијл и во принцип различни видови „гемули“ можеле да бидат произведени во зависност од околните услови.

Идејата на Дарвин формализирала еден концепт, кој е често погрешно препишан на Жан-Баптист Ламарк, а тоа било дека одреден организам може да пренесе карактериски на своето поколение кои се резултат од околните услови. Често цитиран пример е оној со жирафите, за кои можеби некои од вас веќе слушнале. Бидејќи жирафите го истегнуваат својот врат за да ги достигнат повисоките дрвја во потрагата по храна, Ламарк предложил дека наредните генерации кои посегнуваат кон се повисоки и повисоки дрвја ќе оформат подолг врат (фигура 1.)

Фигура 1. Идејата на Ламарк дека процесот на истегнување на вратот може да допринесе до менување на фенотипот низ генерациите.
Епигенетиката во 20-тиот век

До средината на 20-тиот век се уште не било познато како една оплодена јајце клетка може да се развие во целосно функционално човечко битие со физиолошки процеси компартментализирани во различни органи. Но она што било (или станало) познато е дека, во принцип, сите клетки во телото го содржеле истиот геном – т.е генетска информација. Тоа значи дека, секвенцата на градбените блокови на ДНК-та – А, Т, С и G, била иста како и во невроните така и во мускулните клетки. Меѓутоа скокотливото прашање било: како клетките фукнционираат различно и покрај истиот генетски код? (Или како е можно еден геном да допринесе до функционална дистинкција на повеќе клетки?- Фигура 2.) Серија на неколку информативни експерименти овозможиле начелно одгатнување на оваа мистерија.

Фигура 2. И покрај тоа што клетките во човчкото тело имаат идентична ДНК, нивната форма и функција може да е различна – феномен кој е резултат од епигенетски промени.

Преку својата пионерска работа нобеловецот Џон Гурдон ги понудил првите докази и го проширил нашето разбирање за тоа што е потребно да се дојде до различни типови на клетки. Во еден мошне елегантен експеримент, каде трансплантирал јадро од соматски клетки од жаба во празна (без јадро) јајце клетка – добиените ембриони се развиле во возрасни жаби способни за репродукција. На овој начин тој покажал дека клеточниот идентитет е пластичен затоа што целокупниот збир од процеси потребни за ембриогенеза биле рекапитулирани во обезјадрената јајце клетка која што го примила трансплантираното јадро.

Овие резултати имплицирале дека факторите кои влијаат врз судбината на клетката се локализирани во самото јадро. И ако се земело повторно во предвид дека сите клетки се генетски хомогени, јасно било дека има и други фактори кои играат улога (Фигура 3.)

Фигура 3. Експериментот на Џон Гурдон покажал дека преку трансплантирање на јадрото од кожна клетка на возрасна жаба (или полноглавец) во обезјадрена јајце клетка, јајце клетката се развила во полноглавец способен за репродукција.

Поимот епигенетика буквално значи “над генетика“, што е до некаде и валидна интерпретација, пред се заради тоа што епигенетиката се бави со дополнителните биолошки и молекуларни информации директно поврзани со геномот. Во практиката, епигенетиката е дефинирана како науката која ги истражува промените во организмот предизвикани од промената на генетската експресија а не од менувањето на примарната секвенца на ДНК молекулата.

Иронијата е тоа што, самата структура на ДНК била пронајдена од страна на Џејмс Вотсон и Франсис Крик во 1953 – речиси 3 години подоцна од откритието на Едгар Стедман кој покажал дека генската експресија зависи од самиот хроматин (т.е 3Д структрурата на ДНКта во самото клеточно јадро).

Дискусија

Коментари

СПОДЕЛИ
Симона Шенбакар е магистер по фармацевтска биотехнологија и моментално работи во Германија во областа на генетска дијагностика на ретки болести и персонализирана медицина како раководител на Одделот за Медицински квалитет и генетско советување во фирмата Centogene.