457
Що ви не знали про епігенетику: гени та клітинну пам'ять
епігенетикаЦе швидко розвивається напрямок сучасної науки в останні роки. Найбільш очевидна роль епігенетичних механізмів в процесах розвитку, коли з клітин ранньої ембріології ДНК, ДНК яких досить однакова, є безліч різних спеціалізованих клітин дорослого організму.
Виявилося, що ця роль не обмежувалася розвитком і може продовжуватися після її завершення. Дослідження в останні роки показали, що здоров'я людини може значно залежати від умов, в яких відбувався її ранній розвиток. Також було виявлено, що епігенетичні модифікації можуть передаватися до наступних поколінь, впливаючи на різні фенотипні прояви у дітей і навіть онуків.
Чи знаєте ви, що наші клітини мають пам'ять? Вони пам'ятають не тільки те, що ви зазвичай їсти на сніданок, але і те, що ваша мама і бабуся ate під час вагітності. Клітини добре пам'ятають, якщо ви вчиняєте і як часто ви пити спирт.
Меблева пам'ять зберігає ваші зустрічі з вірусами і скільки ви любили як дитину. Письмовий пам'ять вирішує, чи ви будете схильні до ожиріння та депресії. І в багатьох способах, клітинна пам'ять робить нас різними від хімпанзе, навіть якщо у нас є грубо однакова композиція геном. Ця дивовижна особливість наших клітин допомогли зрозуміти науку епігенетики.
Епігенетичні ландшафти
епігенетикадо досить молодий напрямок сучасної наукий І поки вона не відома як її "сестра" - генетика. Передруковано з Грецького префіксу «епі-» означає «вище», «понад».
При генетичних дослідженнях процесів, які призводять до змін у наших генах, в ДНК, потім епігенетичні дослідження змін генної активності, в яких первинна структура ДНК залишається однаковою.й Епігенетика – це як «команди», який у відповідь на зовнішні стимули (наприклад, живлення, емоційний стрес, фізичне навантаження), наказує нашим генам підвищити або ослаблити свою активність.
Я думаю. Найоптимальніший і водночас точний визначення відрізняється англійським біологом, Нобель лауреатПетро Медавар: «Генетичні добавки, епігенетичні диспозиції. й
Розвиток епігенетики як окрема галузь молекулярної біології почалася в фортиці минулого століття. Тоді англійський генетик Конрад Вадінгтон сформульував поняття «епігенетичний пейзаж» (рис. 1), що пояснює процес формування організму.
Вже кілька років до епігенетики вважалася як нова наукова дисципліна. Ця ситуація зберігається протягом тривалого часу, тому що епігенетика підірвала встановлену собачу в генетичних дослідженнях.
Наприклад, спадщина придбаних характеристик. Майже віддзеркалили ситуацію з відкриттям мобільних елементів генома Б. Макклінтока, що на півстоліття мало хто хоче вірити. Але після серії осадних робіт, що проводяться в 70-х роках минулого століття Джоном Гурдоном, Робін Холлідай, Борисом Ванюшином та іншими,Епігенетика, нарешті, береться серйозно.
І нещодавно на межі тисячоліття проведено низку геніальних експериментів, після чогоЗрозуміло, що епігенетичні механізми впливу на геном не тільки відіграють вирішальну роль у роботі систем організму, але й можуть бути у спадкуванні над кількома поколіннями.й Як тільки докази були отримані в декількох лабораторіях, які зробили генетичні дослідження важко.
Рис. 1. КХ. Вадінгтон і його малюнок «епігенетичного пейзажу». М'яч у верхній частині являє собою оригінальні неспеціалізовані ембріонові клітини. Під впливом генетичних і епігенетичних сигналів клітини буде надана траєкторія онтогенезу (розвиток), а вона стане спеціалізованою клітиною - серцем, печінкою та ін.
до 1 2 3 4+
Рис. 2. Очі двох фруктових пластівців. Різноманітна забарвлення очей обумовлена епігенетичними змінами.
Так, в 1998 році Р. Паро і Д. Кавалли провели експерименти з трансгенними фруктами, що розширюють їх нагрів. Після цього плоди мух змінили колір очей, і цей ефект - без зовнішнього впливу - зберігається в декількох поколінь (рис. 2). хромосомний елемент Fab-7 був знайдений для передачі епігенетичної спадковості через мітоз і міоз.
У 2003 році американські вчені з Університету Дюк Р. Гирлта та Р. Водаленд провели експеримент з вагітними трансгенними мишеями, які мали жовте пальто та схильність до ожиріння (рис. 3).
Додають фолієву кислоту, вітамін B12, холіну і метіонін до корму мишей. В результаті нормальна потомка з'явилася без відхилень. Харчові фактори, що впливають на донори метилових груп, шляхом метилювання ДНК, нейтралізованого гена ауті, що викликало відхилення: фенотип їх Avy-progeny був змінений шляхом метилювання дінуклеотидів CpG на Avy locus.
Крім того, ефект раціону зберігається в декількох наступних поколіннях: ліктям мишей, що народжуються нормально через харчові добавки, і подарував себе нормальним мишей. Незважаючи на те, що їхня їжа вже нормальна, не збагачена метилами груп.
Рис. 3. Експериментальні мишей з лабораторії Randy Girtle. Ви можете побачити, як відбувається зміна кольору герба в залежності від надходження матері донорів метилових груп - фолієвої кислоти, вітаміну В12, холіну і метіонину.
У 2005 році Наука опублікувала книгу Михайла Шернера та колег у Університеті Вашингтона. Вони виявили, що при вагітним жіночим щурам дали філосоліну пестициду, їх чоловіче потомство мало різке зниження кількості сперматозоїдів і життєздатності.
І ці ефекти зберігаються для чотирьох поколінь. У зв'язку з епігеном було чітко встановлено: погіршення репродуктивної функції, що корелюється з змінами метилації ДНК в germline.
Вчені змушені зробити сенсаційні висновки:Стресно-індуковані епігенетичні зміни, які не впливають на послідовність нуклеотидів ДНК, можуть бути виправлені та передані до майбутніх поколінь.
Не просто написано генами.
Пізніше виявилося, що люди також мають вплив епігенетичних механізмів. (Фігури 4, 5) рівнийй Дослідження, які будуть обговорюватися пізніше, стали широко відомі – вони згадуються практично в кожній науковій роботі з епігенетики. Вчені з Нідерландів та Сполучених Штатів Америки наприкінці 2000-х років вивчали літніх голландських людей, які народжуються відразу після Другої світової війни.
При зимі 1944-1945 рр. було реальне голодування в Голландії. Вчені змогли встановити: Сильний емоційний стрес і напіврозчинена дієта мами негативно впливає на здоров'я майбутніх дітейй
Народжений з низькою вагою, вони були кілька разів частіше, ймовірно, мають хворобу серця, ожиріння і цукровий діабет у дорослому віці, ніж їхні співвітчизники, що народжували рік або два пізніше (або раніше).
Аналіз їх геноми показали відсутність метиляції ДНК в тих областях, де забезпечується здоров’я. Наприклад, літні голландські мами, чиї мами пережили голод значно зменшили метилацію гена інсуліноподібного зростання 2 (IGF-2), що підвищило кількість IGF-2 в їх крові. І цей фактор, як ви знаєте, має незворотні зв'язки з тривалістю життя: чим вище рівень IGF в організмі, тим коротше життя.
Рис. 4. Структура хроматину та механізмів епігенетичної модифікації.хроматинакомплекс білків і нуклеотидів, забезпечення надійного зберігання та нормальної роботи ДНКй У наших клітинах упаковка ДНК – це ювелірний склад. В іншому випадку можна покласти ДНК спіралі на два метри довжиною в одну маленьку ядру клітинки.
ДНК пасма рани в одному і навпіл обертається на численних «бісерах», які називаються нуклеозимий Ці нуклеозими, в свою чергу, складаються з декількох спеціальних білків, гітонів.
Йоготони мають "хвостики" - білкові ріст, які можуть бути подовжені або скорочені спеціальними ферментами. Довжина цього хвоста безпосередньо впливає на рівень активності генів біля нього.
Рис. 5. Рентгенівська кристалічна структура нуклеози. Йоготони відображаються в жовтих, червоних, синьо-зелених тонах.
Новозеландські вчені П. Глукман та М. Гансон Утворено логічне роз’яснення взаємозв’язків між кількістю їжі при вагітності матері та здоров’я дитини. У 2004 році опубліковано статтю в журналі «Наука, в якій вони сформульовані гіпотезу «місцевої гіпотези».
У відповідності з ним, у розвитку організму на епігенетичному рівні, передбачувана адаптація до умов проживання, які очікується після народження. Якщо Прогноз підтверджується - це підвищує шанси на виживання тіла в світі, де він буде жити, якщо не - адаптація стає кладачем, тобто захворюванням.й
Наприклад, якщо під час розвитку плоду плод отримує недостатню кількість їжі, відбуваються метаболічні зміни, спрямовані на зберігання харчових ресурсів для майбутнього, «за дощовий день».
Якщо після народження дійсно мало їжі, це допомагає організму вижити. Якщо у світі, що людина виходить, щоб бути більш схильною, ніж прогнозованою, це «сворія» природа обміну речовин може призвести до ожиріння та діабету 2 типу в пізніх стадіях життя. Це варіант ми бачимо найчастіше сьогодні.
В цілому це безпечно сказати, що Термін вагітності і перші місяці життя є найважливішим в житті всіх ссавців, включаючи людей.й Всі доступні дані сьогодні говорять, що це в цей період, що всі основи не тільки фізичного, але і психічного здоров'я людини. ІВплив цього початкового періоду життя настільки великий, що він не зникне до найглибшого віку, формування одного способу або іншої долі людини.й
Як німецький нейронауковий Петро Спорк закріпив його,У старій вікі наше здоров'я іноді набагато більше впливає на раціон нашої матері під час вагітності, ніж їжа в поточному моменті життя.? Важко вірити, але розповідають факти.
Епігенетика допомогла зробити дуже важливий висновок: від чого мати їсти під час вагітності, в якому психологічному стані вона була і скільки часу вона була присвячена малюку в перші роки після його народження, буквально весь майбутній життя дитини буде залежати. У цей час прокладені фундаменти всього.
метилування ДНК
р.
Рис. 6. Мететиляція цитозинової бази ДНК. Схема метилованого цитозину. Зелена овальна з стрілою показує основний фермент метилювання - ДНК метилтрансферази (DNMT), червоний коло - метил група (-CH3).
Найбільш вивченим механізмом епігенетичного регулювання діяльності гена є процес метиляції., що складається з додавання метильної групи (одна вуглецева атома і три водневі атоми, -CH3) до цитозинових основ ДНК, що міститься в дінуклеотиді CpG (рис. 6).
Він вже відомий, що ДНК-метилація в еукаріотах є різновидами, і інвертує ступінь метиляції геном дуже невелика порівняно з хребетними і рослинами. Основи розуміння функцій метилізації заклали половину століття тому професором Б.Ф. Ванюшином та колегами.
В той час як це прийнято вважати (і цілком правильно), що метилювання «відключається» гена, запобігаючи регулятивним білкам від зв'язування до ДНК, навпаки було знайдено. Іноді ДНК-метилація є передумовою для взаємодії з білками - спеціальними м5CpG-binding білками.
Метатація ДНК – найбільш приклад усіх епігенетичних механізмів, оскільки це безпосередньо пов’язано з дієтою, емоційним станом, мозковою діяльністю та іншими факторами.
Так варто говорити про докладніше. І починаємо з раціону.
Зараз відомо, що Багато продуктів містять компоненти, які впливають на епігенетичні процеси в певних напрямках.й Майже всі жінки знають, Під час вагітності важливо споживати достатню кількість фолієвої кислоти.й
Епігенетика допомагає зрозуміти виняткове значення цієї кислоти в раціоні: після усього, це все про метилювання ДНК. Фолієва кислота, разом з вітаміном B12 і амінокислотним метіоніном, є донором («суплієр») метильних груп, необхідних для нормальної метиляції.
Мететиляція безпосередньо бере участь у багатьох процесах, пов'язаних з розвитком і формуванням всіх органів і систем дитини: інактивація хромосоми X в ембріоні, а в геномному відбитку і в диференціації клітин. Відповідно, приймати фолієву кислоту, майбутній мама має хороший шанс внести здорову дитину без відхилень.
Вітамін В12 і метіонін практично неможливо отримати від вегетаріанської дієти, оскільки вони знаходяться в основному в продуктах тварин. І дефіцит вітаміну В12 і метіонін, викликаний швидкою дієтою вагітних, може мати найнеприємні наслідки для дитини.
Не так давно знайдено, що недолік раціону цих двох речовин, а також фолієвої кислоти, може викликати порушення невідповідності хромосом у плоді. І це значно підвищує ризик виникнення дитини з синдромом внизу, який зазвичай вважається простою трагією. У світлі цих фактів відповідальність батьків значно підвищується, і зараз буде складно виписати все як нещасний випадок.
Також відомо, що Малярство і стрес при зміні вагітності для погіршення концентрації ряду гормонів в організмі матері і плоду: глюкокортикоїди, катехоламіни, інсулін, ріст гомона та ін. Через це ембріон має негативні епігенетичні зміни (ремоделювання хроматину) в клітинах гіпоталамусу і гіпофіза.
Що означає? Справа в тому, що дитина народиться з спотвореною функцією гіпоталамо-гіпофізної системи. Через це буде гірше впоратися з стресом дуже різноманітної природи: інфекції, фізичне і психічне навантаження і т.д. Дуже явний, що поїсти погано і хвилюючись під час вагітності, мати робить її ненародженою дитиною програшкою з усіх боків.
Епігеномна пластика: небезпеки та можливості
Вимкнено, Так само, як стрес і неправильне харчування, здоров'я плода може бути уражений численними речовинами, які спотворюють нормальні процеси гормонального регулювання. (Фігура). 7). Вони отримали назву. "ендокринні порушення" (деструктори)й
Ці речовини, як правило, мають штучну природу: людство отримує їх промислово для своїх потреб. Можливо, найяскравіший і негативний приклад. Бісфенол А.У виробництві пластикових виробів використовується багато років.
У всіх пластикових контейнерах, які використовуються сьогодні в харчовій промисловості: в пластикових пляшках для води і напоїв, в харчових контейнерах і багато іншого. Бісфенол В жерсті присутні на жерстяних каналах і напоях (в лінійці внутрішнього шару банок), а також в стоматологічних начинках.
, Україна
Рис. 7. Молекулярні компоненти розвитку відхилень під впливом "ендокринних порушень": бісфенол А (А) і фталатів (Б).
Негативний вплив навіть невеликих концентрацій бісфенолу А є численними і різноманітними, і його розподіл є таким, що сьогодні практично неможливо знайти людину без бісфенолу А в організмі.й Він постійно зустрічається не тільки в крові, але і в грудному молоці і пуповинній крові вагітних.
Крім того, в амніотичній рідині, що оточують ембріон, концентрація бісфенолу А кілька разів вище вмісту в сироватці крові матері. У 2003-2004 рр. американські дослідники з центрів контролю та профілактики захворювань отримали наступні результати поширеності бісфенолу А: з 2517 осіб обстежено 92% сечі, що містять бісфенол, і його концентрація була значно вищою в органах дітей і підлітків, які ще погано утворюються «очищення системи» організму.
Очевидно, що один спосіб або інший, в результаті контакту їжі з пластиком, частина бісфенолу надходить в організм людини.й Наслідки цього «збагачення» тепер під дією дослідження. Але вже виникають тривожні факти.
Так біологи в Гарвардській медичній школі - Катерин Раковський і її колег -- виявили здатність бісфенолу А для гальмування дозрівання яйцеклітини і тим самим призводять до безпліддяй Бісфенол значно підвищує частоту хромосомних аномалій в яйцях. Висновок науковців був нерівноважний: «Зіткнення контакту з цією речовиною відбувається скрізь, лікарі повинні знати, що бісфенол А може викликати суттєві порушення в репродуктивній системі. й
У своїх колегах з Колумбійського університету в експериментах з тваринами виявлено ще один факт порушення. ЇЇ Вони виявили здатність бісфенолу А до стирання відмінностей між сексами і стимулювати пологів з гомосексуальними тенденціями.й Під впливом бісфенолу було порушено нормальне метилювання рецепторів кодування генів для естрогену - статевих гормонів жіночого сексу.
Через це чоловічі мишей народилися з «жіночним» характером - ускладненим і спокійним. Зникла різниця в поведінці чоловіків і жінок. Професор Ф. Шампейн і його колеги змушені сказати:Ми показали, що вплив малих доз бісфенолу Причини незліченних епігенетичних аномалій в мозку, які можуть дратувати наслідки бісфенолу А на функції мозку і поведінки — особливо щодо сексуальних відмінностей.?
Інші дослідження показують, що бісфенол Має дуже виражену естрогенну активність (не для нічого це називається «убілітозним хеноестрогеном») і здатний змінити профіль метилювання при розвитку ембріона, а отже активність певних генів (наприклад, Hoxa10).
Наслідки цього для здоров’я людини можуть бути найбільш несприятливими - у дорослому віці ризик розвитку певних захворювань ( ожиріння, цукровий діабет, репродуктивні розлади тощо) підвищується.
Але неприпустимо, є протилежні приклади.й Отже, відомо, що регулярне споживання зеленого чаю може знизити ризик раку, оскільки містить речовину епігаллокетин-3-галлат, що може активувати гени - пригнічники (супресори) пухлинного зростання, деметилюючи їх ДНК.
Дуже популярний в останні роки модулятор епігенетичних процесів є геністаном, що міститься в соєвих продуктах. Багато дослідників безпосередньо пов'язують зміст сої в раціоні мешканців азіатських країн з їх низькою схильністю до певних вікових захворювань.
Характер долі?
Епігенетика також допомогли зрозуміти, чому деякі люди психологічно стійкі і оптимістичні, а інші схильні до паніки і депресії.й Як працює в науковому світі експерименти з тваринами.
Ця серія робіт була широко відома і називається «залиття і загартування». Канадські біологи в Університеті МакГіль -- Майкл Меа і його колег -- Вони почали вивчати наслідки материнської опіки у щурів за перші місяці їх осушування.й Розлущуючи щурів на дві групи, вони брали одну частину броду від матері відразу після народження. Не приймаємо материнську опіку у вигляді облизування, такі щури лікують всі вирощені «неадекватними»: нервові, некомунікаційні, агресивні і змагаються.
Всі кубики в групі повного догляду, розроблені як щури повинні: енергійні, добре напружені і соціально активні. Що таке причина такої яскравої різниці? Чому материнська опіка має вирішальний вплив на розвиток психічних характеристик у потомстві?Аналіз ДНК допоміг відповісти на ці питання.
Після вивчення ДНК щурів вчені виявили, щоБути, які не лікувалися їхніми матірами, досвідченими негативними епігенетичними змінами в області мозку називають гіпокампус.й У hippocampus зменшено кількість рецепторів для гормонів стресу. І сталося через це, що неадекватне реагування нервової системи до зовнішніх стимулів: гіпофіз дав команду надмірного виробництва гормонів стресу.Іншими словами, ті ситуації, які перенесли спокійно звичайними щурами, незважаючи на те, що не отримували материнської опіки, викликані неадекватно вираженим стресом.
Як виявилося, все вище абсолютно підходять для розвитку людини. На дітей, які позбавлені батьківського піклування або зловживали у ранньому дитинстві. Всі ці діти, без винятку, виросли пізніше однією або іншою спотвореною функцією нервової системи.
І ці спотворення були епігенетично закріплені в клітинах мозку. Всі такі діти характеризуються неадекватною реакцією навіть слабким стимулом, які зазвичай сприймалися процвітаючими дітьми. Все це утворилося у дорослому віці схильність до алкоголізму, наркоманії, самогубства та інших неадекватних дій.
Саме тому перші роки після пологів мають вирішальне значення для формування соціальної поведінки і укладання фундаментів характеру. На скільки часу батьки дали свою дитину в цей період, буде залежати від всього майбутнього: Чи буде він психологічно стійкий, соковитий і успішний або схильний до депресії і порушень?
Очевидно, що вплив епігеному поширюється на процеси, пов'язані з старінням.й Ми бачимо загальне зниження метилації, включаючи таємничі області геному, що складають майже половину всієї послідовності ДНК, мобільно-генетичні елементи (MGEs).
На відміну від звичайних генів, подорожуючи дивно через ДНК. Необов'язково активується з віком через деметилювання, дестабілізувати геном, викликаючи небажані хромосомні перепланування.
Також з віком існують різні зміни метилювання генів, пов’язаних з віковими захворюваннями: атеросклероз, гіпертонія, цукровий діабет, хвороба Альцгеймера та ін. Крім того, було виявлено прямі зв’язки епігенетичних змін з виробництвом реактивних видів кисню, а також з функцією одного з білків, до яких зосереджені геронтологи: білок p66Shc, який називається академіком В.П. Скулачевим «медіатором програмованої смерті організму. й Тому, знаючи епігенетичні засади вікових змін можуть бути суттєвими перевагами у боротьбі за продовження життя і здоровий вік.
Також читайте.Розроблено систему регенерації тканин організму людини
Як виглядає звук: фотограф отримав унікальні зображення акустичних хвиль
Результати та перспективи
Дослідження епігенетичних механізмів дозволило зрозуміти дуже важливу правду: людська доля формується більшість людей. не астрологічні прогнози, алеповедінка індивіда та його батьківй Епігенетика чітко показує, що багато в житті залежить від нас, і це в нашій потужності, щоб змінити життя для кращого.
Епігенетика також відхиляє межі людини і навколишнього середовища. Очевидно, що не можна почувати себе безпечно, поки використання небезпечних хімічних речовин поширено.
Пестициди фінклозоліну і метоксихлору, які використовуються в сільському господарстві і виступають в якості «ендокринних порушень», ртуті від промислових відходів і бісфенолу А від декомпозиції пластику, проникають в грунт і воду річок і морів. А потім разом з їжею і водою надходять в організм людини. Це реальна загроза для людства.
Але є хороші новини. На відміну від стабільної генетичної інформації, епігенетичні етикетки можуть бути відновлені в певних умовах.
І це дозволяє нам розробити принципово нові стратегії та методи боротьби з найбільш поширеними захворюваннями: методи, спрямовані на усунення цих епігенетичних модифікацій, які виникають у людини під впливом несприятливих факторів.
Не варто збігатися з тим, що деякі вчені називають це епігенетика століття. При вивченні історії розвитку природної науки, біології та генетики зокрема, можна отримати враження, що всі попередні роки були чудовим підготовчим етапом, накопичення сил перед відкриттям дійсно надімпортного значення. Ми, ймовірно, на межі цих відкриттів.
Автор: Ржешевський Олексій.
P.S. І пам'ятаєте, просто змінивши наше споживання – разом ми змінюємо світ!
Джерело: Biomolecula.ru/content/1777#l48
Виявилося, що ця роль не обмежувалася розвитком і може продовжуватися після її завершення. Дослідження в останні роки показали, що здоров'я людини може значно залежати від умов, в яких відбувався її ранній розвиток. Також було виявлено, що епігенетичні модифікації можуть передаватися до наступних поколінь, впливаючи на різні фенотипні прояви у дітей і навіть онуків.
Чи знаєте ви, що наші клітини мають пам'ять? Вони пам'ятають не тільки те, що ви зазвичай їсти на сніданок, але і те, що ваша мама і бабуся ate під час вагітності. Клітини добре пам'ятають, якщо ви вчиняєте і як часто ви пити спирт.
Меблева пам'ять зберігає ваші зустрічі з вірусами і скільки ви любили як дитину. Письмовий пам'ять вирішує, чи ви будете схильні до ожиріння та депресії. І в багатьох способах, клітинна пам'ять робить нас різними від хімпанзе, навіть якщо у нас є грубо однакова композиція геном. Ця дивовижна особливість наших клітин допомогли зрозуміти науку епігенетики.
Епігенетичні ландшафти
епігенетикадо досить молодий напрямок сучасної наукий І поки вона не відома як її "сестра" - генетика. Передруковано з Грецького префіксу «епі-» означає «вище», «понад».
При генетичних дослідженнях процесів, які призводять до змін у наших генах, в ДНК, потім епігенетичні дослідження змін генної активності, в яких первинна структура ДНК залишається однаковою.й Епігенетика – це як «команди», який у відповідь на зовнішні стимули (наприклад, живлення, емоційний стрес, фізичне навантаження), наказує нашим генам підвищити або ослаблити свою активність.
Я думаю. Найоптимальніший і водночас точний визначення відрізняється англійським біологом, Нобель лауреатПетро Медавар: «Генетичні добавки, епігенетичні диспозиції. й
Розвиток епігенетики як окрема галузь молекулярної біології почалася в фортиці минулого століття. Тоді англійський генетик Конрад Вадінгтон сформульував поняття «епігенетичний пейзаж» (рис. 1), що пояснює процес формування організму.
Вже кілька років до епігенетики вважалася як нова наукова дисципліна. Ця ситуація зберігається протягом тривалого часу, тому що епігенетика підірвала встановлену собачу в генетичних дослідженнях.
Наприклад, спадщина придбаних характеристик. Майже віддзеркалили ситуацію з відкриттям мобільних елементів генома Б. Макклінтока, що на півстоліття мало хто хоче вірити. Але після серії осадних робіт, що проводяться в 70-х роках минулого століття Джоном Гурдоном, Робін Холлідай, Борисом Ванюшином та іншими,Епігенетика, нарешті, береться серйозно.
І нещодавно на межі тисячоліття проведено низку геніальних експериментів, після чогоЗрозуміло, що епігенетичні механізми впливу на геном не тільки відіграють вирішальну роль у роботі систем організму, але й можуть бути у спадкуванні над кількома поколіннями.й Як тільки докази були отримані в декількох лабораторіях, які зробили генетичні дослідження важко.
Рис. 1. КХ. Вадінгтон і його малюнок «епігенетичного пейзажу». М'яч у верхній частині являє собою оригінальні неспеціалізовані ембріонові клітини. Під впливом генетичних і епігенетичних сигналів клітини буде надана траєкторія онтогенезу (розвиток), а вона стане спеціалізованою клітиною - серцем, печінкою та ін.
до 1 2 3 4+
Рис. 2. Очі двох фруктових пластівців. Різноманітна забарвлення очей обумовлена епігенетичними змінами.
Так, в 1998 році Р. Паро і Д. Кавалли провели експерименти з трансгенними фруктами, що розширюють їх нагрів. Після цього плоди мух змінили колір очей, і цей ефект - без зовнішнього впливу - зберігається в декількох поколінь (рис. 2). хромосомний елемент Fab-7 був знайдений для передачі епігенетичної спадковості через мітоз і міоз.
У 2003 році американські вчені з Університету Дюк Р. Гирлта та Р. Водаленд провели експеримент з вагітними трансгенними мишеями, які мали жовте пальто та схильність до ожиріння (рис. 3).
Додають фолієву кислоту, вітамін B12, холіну і метіонін до корму мишей. В результаті нормальна потомка з'явилася без відхилень. Харчові фактори, що впливають на донори метилових груп, шляхом метилювання ДНК, нейтралізованого гена ауті, що викликало відхилення: фенотип їх Avy-progeny був змінений шляхом метилювання дінуклеотидів CpG на Avy locus.
Крім того, ефект раціону зберігається в декількох наступних поколіннях: ліктям мишей, що народжуються нормально через харчові добавки, і подарував себе нормальним мишей. Незважаючи на те, що їхня їжа вже нормальна, не збагачена метилами груп.
Рис. 3. Експериментальні мишей з лабораторії Randy Girtle. Ви можете побачити, як відбувається зміна кольору герба в залежності від надходження матері донорів метилових груп - фолієвої кислоти, вітаміну В12, холіну і метіонину.
У 2005 році Наука опублікувала книгу Михайла Шернера та колег у Університеті Вашингтона. Вони виявили, що при вагітним жіночим щурам дали філосоліну пестициду, їх чоловіче потомство мало різке зниження кількості сперматозоїдів і життєздатності.
І ці ефекти зберігаються для чотирьох поколінь. У зв'язку з епігеном було чітко встановлено: погіршення репродуктивної функції, що корелюється з змінами метилації ДНК в germline.
Вчені змушені зробити сенсаційні висновки:Стресно-індуковані епігенетичні зміни, які не впливають на послідовність нуклеотидів ДНК, можуть бути виправлені та передані до майбутніх поколінь.
Не просто написано генами.
Пізніше виявилося, що люди також мають вплив епігенетичних механізмів. (Фігури 4, 5) рівнийй Дослідження, які будуть обговорюватися пізніше, стали широко відомі – вони згадуються практично в кожній науковій роботі з епігенетики. Вчені з Нідерландів та Сполучених Штатів Америки наприкінці 2000-х років вивчали літніх голландських людей, які народжуються відразу після Другої світової війни.
При зимі 1944-1945 рр. було реальне голодування в Голландії. Вчені змогли встановити: Сильний емоційний стрес і напіврозчинена дієта мами негативно впливає на здоров'я майбутніх дітейй
Народжений з низькою вагою, вони були кілька разів частіше, ймовірно, мають хворобу серця, ожиріння і цукровий діабет у дорослому віці, ніж їхні співвітчизники, що народжували рік або два пізніше (або раніше).
Аналіз їх геноми показали відсутність метиляції ДНК в тих областях, де забезпечується здоров’я. Наприклад, літні голландські мами, чиї мами пережили голод значно зменшили метилацію гена інсуліноподібного зростання 2 (IGF-2), що підвищило кількість IGF-2 в їх крові. І цей фактор, як ви знаєте, має незворотні зв'язки з тривалістю життя: чим вище рівень IGF в організмі, тим коротше життя.
Рис. 4. Структура хроматину та механізмів епігенетичної модифікації.хроматинакомплекс білків і нуклеотидів, забезпечення надійного зберігання та нормальної роботи ДНКй У наших клітинах упаковка ДНК – це ювелірний склад. В іншому випадку можна покласти ДНК спіралі на два метри довжиною в одну маленьку ядру клітинки.
ДНК пасма рани в одному і навпіл обертається на численних «бісерах», які називаються нуклеозимий Ці нуклеозими, в свою чергу, складаються з декількох спеціальних білків, гітонів.
Йоготони мають "хвостики" - білкові ріст, які можуть бути подовжені або скорочені спеціальними ферментами. Довжина цього хвоста безпосередньо впливає на рівень активності генів біля нього.
Рис. 5. Рентгенівська кристалічна структура нуклеози. Йоготони відображаються в жовтих, червоних, синьо-зелених тонах.
Новозеландські вчені П. Глукман та М. Гансон Утворено логічне роз’яснення взаємозв’язків між кількістю їжі при вагітності матері та здоров’я дитини. У 2004 році опубліковано статтю в журналі «Наука, в якій вони сформульовані гіпотезу «місцевої гіпотези».
У відповідності з ним, у розвитку організму на епігенетичному рівні, передбачувана адаптація до умов проживання, які очікується після народження. Якщо Прогноз підтверджується - це підвищує шанси на виживання тіла в світі, де він буде жити, якщо не - адаптація стає кладачем, тобто захворюванням.й
Наприклад, якщо під час розвитку плоду плод отримує недостатню кількість їжі, відбуваються метаболічні зміни, спрямовані на зберігання харчових ресурсів для майбутнього, «за дощовий день».
Якщо після народження дійсно мало їжі, це допомагає організму вижити. Якщо у світі, що людина виходить, щоб бути більш схильною, ніж прогнозованою, це «сворія» природа обміну речовин може призвести до ожиріння та діабету 2 типу в пізніх стадіях життя. Це варіант ми бачимо найчастіше сьогодні.
В цілому це безпечно сказати, що Термін вагітності і перші місяці життя є найважливішим в житті всіх ссавців, включаючи людей.й Всі доступні дані сьогодні говорять, що це в цей період, що всі основи не тільки фізичного, але і психічного здоров'я людини. ІВплив цього початкового періоду життя настільки великий, що він не зникне до найглибшого віку, формування одного способу або іншої долі людини.й
Як німецький нейронауковий Петро Спорк закріпив його,У старій вікі наше здоров'я іноді набагато більше впливає на раціон нашої матері під час вагітності, ніж їжа в поточному моменті життя.? Важко вірити, але розповідають факти.
Епігенетика допомогла зробити дуже важливий висновок: від чого мати їсти під час вагітності, в якому психологічному стані вона була і скільки часу вона була присвячена малюку в перші роки після його народження, буквально весь майбутній життя дитини буде залежати. У цей час прокладені фундаменти всього.
метилування ДНК
р.Рис. 6. Мететиляція цитозинової бази ДНК. Схема метилованого цитозину. Зелена овальна з стрілою показує основний фермент метилювання - ДНК метилтрансферази (DNMT), червоний коло - метил група (-CH3).
Найбільш вивченим механізмом епігенетичного регулювання діяльності гена є процес метиляції., що складається з додавання метильної групи (одна вуглецева атома і три водневі атоми, -CH3) до цитозинових основ ДНК, що міститься в дінуклеотиді CpG (рис. 6).
Він вже відомий, що ДНК-метилація в еукаріотах є різновидами, і інвертує ступінь метиляції геном дуже невелика порівняно з хребетними і рослинами. Основи розуміння функцій метилізації заклали половину століття тому професором Б.Ф. Ванюшином та колегами.
В той час як це прийнято вважати (і цілком правильно), що метилювання «відключається» гена, запобігаючи регулятивним білкам від зв'язування до ДНК, навпаки було знайдено. Іноді ДНК-метилація є передумовою для взаємодії з білками - спеціальними м5CpG-binding білками.
Метатація ДНК – найбільш приклад усіх епігенетичних механізмів, оскільки це безпосередньо пов’язано з дієтою, емоційним станом, мозковою діяльністю та іншими факторами.
Так варто говорити про докладніше. І починаємо з раціону.
Зараз відомо, що Багато продуктів містять компоненти, які впливають на епігенетичні процеси в певних напрямках.й Майже всі жінки знають, Під час вагітності важливо споживати достатню кількість фолієвої кислоти.й
Епігенетика допомагає зрозуміти виняткове значення цієї кислоти в раціоні: після усього, це все про метилювання ДНК. Фолієва кислота, разом з вітаміном B12 і амінокислотним метіоніном, є донором («суплієр») метильних груп, необхідних для нормальної метиляції.
Мететиляція безпосередньо бере участь у багатьох процесах, пов'язаних з розвитком і формуванням всіх органів і систем дитини: інактивація хромосоми X в ембріоні, а в геномному відбитку і в диференціації клітин. Відповідно, приймати фолієву кислоту, майбутній мама має хороший шанс внести здорову дитину без відхилень.
Вітамін В12 і метіонін практично неможливо отримати від вегетаріанської дієти, оскільки вони знаходяться в основному в продуктах тварин. І дефіцит вітаміну В12 і метіонін, викликаний швидкою дієтою вагітних, може мати найнеприємні наслідки для дитини.
Не так давно знайдено, що недолік раціону цих двох речовин, а також фолієвої кислоти, може викликати порушення невідповідності хромосом у плоді. І це значно підвищує ризик виникнення дитини з синдромом внизу, який зазвичай вважається простою трагією. У світлі цих фактів відповідальність батьків значно підвищується, і зараз буде складно виписати все як нещасний випадок.
Також відомо, що Малярство і стрес при зміні вагітності для погіршення концентрації ряду гормонів в організмі матері і плоду: глюкокортикоїди, катехоламіни, інсулін, ріст гомона та ін. Через це ембріон має негативні епігенетичні зміни (ремоделювання хроматину) в клітинах гіпоталамусу і гіпофіза.
Що означає? Справа в тому, що дитина народиться з спотвореною функцією гіпоталамо-гіпофізної системи. Через це буде гірше впоратися з стресом дуже різноманітної природи: інфекції, фізичне і психічне навантаження і т.д. Дуже явний, що поїсти погано і хвилюючись під час вагітності, мати робить її ненародженою дитиною програшкою з усіх боків.
Епігеномна пластика: небезпеки та можливості
Вимкнено, Так само, як стрес і неправильне харчування, здоров'я плода може бути уражений численними речовинами, які спотворюють нормальні процеси гормонального регулювання. (Фігура). 7). Вони отримали назву. "ендокринні порушення" (деструктори)й
Ці речовини, як правило, мають штучну природу: людство отримує їх промислово для своїх потреб. Можливо, найяскравіший і негативний приклад. Бісфенол А.У виробництві пластикових виробів використовується багато років.
У всіх пластикових контейнерах, які використовуються сьогодні в харчовій промисловості: в пластикових пляшках для води і напоїв, в харчових контейнерах і багато іншого. Бісфенол В жерсті присутні на жерстяних каналах і напоях (в лінійці внутрішнього шару банок), а також в стоматологічних начинках.
, УкраїнаРис. 7. Молекулярні компоненти розвитку відхилень під впливом "ендокринних порушень": бісфенол А (А) і фталатів (Б).
Негативний вплив навіть невеликих концентрацій бісфенолу А є численними і різноманітними, і його розподіл є таким, що сьогодні практично неможливо знайти людину без бісфенолу А в організмі.й Він постійно зустрічається не тільки в крові, але і в грудному молоці і пуповинній крові вагітних.
Крім того, в амніотичній рідині, що оточують ембріон, концентрація бісфенолу А кілька разів вище вмісту в сироватці крові матері. У 2003-2004 рр. американські дослідники з центрів контролю та профілактики захворювань отримали наступні результати поширеності бісфенолу А: з 2517 осіб обстежено 92% сечі, що містять бісфенол, і його концентрація була значно вищою в органах дітей і підлітків, які ще погано утворюються «очищення системи» організму.
Очевидно, що один спосіб або інший, в результаті контакту їжі з пластиком, частина бісфенолу надходить в організм людини.й Наслідки цього «збагачення» тепер під дією дослідження. Але вже виникають тривожні факти.
Так біологи в Гарвардській медичній школі - Катерин Раковський і її колег -- виявили здатність бісфенолу А для гальмування дозрівання яйцеклітини і тим самим призводять до безпліддяй Бісфенол значно підвищує частоту хромосомних аномалій в яйцях. Висновок науковців був нерівноважний: «Зіткнення контакту з цією речовиною відбувається скрізь, лікарі повинні знати, що бісфенол А може викликати суттєві порушення в репродуктивній системі. й
У своїх колегах з Колумбійського університету в експериментах з тваринами виявлено ще один факт порушення. ЇЇ Вони виявили здатність бісфенолу А до стирання відмінностей між сексами і стимулювати пологів з гомосексуальними тенденціями.й Під впливом бісфенолу було порушено нормальне метилювання рецепторів кодування генів для естрогену - статевих гормонів жіночого сексу.
Через це чоловічі мишей народилися з «жіночним» характером - ускладненим і спокійним. Зникла різниця в поведінці чоловіків і жінок. Професор Ф. Шампейн і його колеги змушені сказати:Ми показали, що вплив малих доз бісфенолу Причини незліченних епігенетичних аномалій в мозку, які можуть дратувати наслідки бісфенолу А на функції мозку і поведінки — особливо щодо сексуальних відмінностей.?
Інші дослідження показують, що бісфенол Має дуже виражену естрогенну активність (не для нічого це називається «убілітозним хеноестрогеном») і здатний змінити профіль метилювання при розвитку ембріона, а отже активність певних генів (наприклад, Hoxa10).
Наслідки цього для здоров’я людини можуть бути найбільш несприятливими - у дорослому віці ризик розвитку певних захворювань ( ожиріння, цукровий діабет, репродуктивні розлади тощо) підвищується.
Але неприпустимо, є протилежні приклади.й Отже, відомо, що регулярне споживання зеленого чаю може знизити ризик раку, оскільки містить речовину епігаллокетин-3-галлат, що може активувати гени - пригнічники (супресори) пухлинного зростання, деметилюючи їх ДНК.
Дуже популярний в останні роки модулятор епігенетичних процесів є геністаном, що міститься в соєвих продуктах. Багато дослідників безпосередньо пов'язують зміст сої в раціоні мешканців азіатських країн з їх низькою схильністю до певних вікових захворювань.
Характер долі?
Епігенетика також допомогли зрозуміти, чому деякі люди психологічно стійкі і оптимістичні, а інші схильні до паніки і депресії.й Як працює в науковому світі експерименти з тваринами.
Ця серія робіт була широко відома і називається «залиття і загартування». Канадські біологи в Університеті МакГіль -- Майкл Меа і його колег -- Вони почали вивчати наслідки материнської опіки у щурів за перші місяці їх осушування.й Розлущуючи щурів на дві групи, вони брали одну частину броду від матері відразу після народження. Не приймаємо материнську опіку у вигляді облизування, такі щури лікують всі вирощені «неадекватними»: нервові, некомунікаційні, агресивні і змагаються.
Всі кубики в групі повного догляду, розроблені як щури повинні: енергійні, добре напружені і соціально активні. Що таке причина такої яскравої різниці? Чому материнська опіка має вирішальний вплив на розвиток психічних характеристик у потомстві?Аналіз ДНК допоміг відповісти на ці питання.
Після вивчення ДНК щурів вчені виявили, щоБути, які не лікувалися їхніми матірами, досвідченими негативними епігенетичними змінами в області мозку називають гіпокампус.й У hippocampus зменшено кількість рецепторів для гормонів стресу. І сталося через це, що неадекватне реагування нервової системи до зовнішніх стимулів: гіпофіз дав команду надмірного виробництва гормонів стресу.Іншими словами, ті ситуації, які перенесли спокійно звичайними щурами, незважаючи на те, що не отримували материнської опіки, викликані неадекватно вираженим стресом.
Як виявилося, все вище абсолютно підходять для розвитку людини. На дітей, які позбавлені батьківського піклування або зловживали у ранньому дитинстві. Всі ці діти, без винятку, виросли пізніше однією або іншою спотвореною функцією нервової системи.
І ці спотворення були епігенетично закріплені в клітинах мозку. Всі такі діти характеризуються неадекватною реакцією навіть слабким стимулом, які зазвичай сприймалися процвітаючими дітьми. Все це утворилося у дорослому віці схильність до алкоголізму, наркоманії, самогубства та інших неадекватних дій.
Саме тому перші роки після пологів мають вирішальне значення для формування соціальної поведінки і укладання фундаментів характеру. На скільки часу батьки дали свою дитину в цей період, буде залежати від всього майбутнього: Чи буде він психологічно стійкий, соковитий і успішний або схильний до депресії і порушень?
Очевидно, що вплив епігеному поширюється на процеси, пов'язані з старінням.й Ми бачимо загальне зниження метилації, включаючи таємничі області геному, що складають майже половину всієї послідовності ДНК, мобільно-генетичні елементи (MGEs).
На відміну від звичайних генів, подорожуючи дивно через ДНК. Необов'язково активується з віком через деметилювання, дестабілізувати геном, викликаючи небажані хромосомні перепланування.
Також з віком існують різні зміни метилювання генів, пов’язаних з віковими захворюваннями: атеросклероз, гіпертонія, цукровий діабет, хвороба Альцгеймера та ін. Крім того, було виявлено прямі зв’язки епігенетичних змін з виробництвом реактивних видів кисню, а також з функцією одного з білків, до яких зосереджені геронтологи: білок p66Shc, який називається академіком В.П. Скулачевим «медіатором програмованої смерті організму. й Тому, знаючи епігенетичні засади вікових змін можуть бути суттєвими перевагами у боротьбі за продовження життя і здоровий вік.
Також читайте.Розроблено систему регенерації тканин організму людини
Як виглядає звук: фотограф отримав унікальні зображення акустичних хвиль
Результати та перспективи
Дослідження епігенетичних механізмів дозволило зрозуміти дуже важливу правду: людська доля формується більшість людей. не астрологічні прогнози, алеповедінка індивіда та його батьківй Епігенетика чітко показує, що багато в житті залежить від нас, і це в нашій потужності, щоб змінити життя для кращого.
Епігенетика також відхиляє межі людини і навколишнього середовища. Очевидно, що не можна почувати себе безпечно, поки використання небезпечних хімічних речовин поширено.
Пестициди фінклозоліну і метоксихлору, які використовуються в сільському господарстві і виступають в якості «ендокринних порушень», ртуті від промислових відходів і бісфенолу А від декомпозиції пластику, проникають в грунт і воду річок і морів. А потім разом з їжею і водою надходять в організм людини. Це реальна загроза для людства.
Але є хороші новини. На відміну від стабільної генетичної інформації, епігенетичні етикетки можуть бути відновлені в певних умовах.
І це дозволяє нам розробити принципово нові стратегії та методи боротьби з найбільш поширеними захворюваннями: методи, спрямовані на усунення цих епігенетичних модифікацій, які виникають у людини під впливом несприятливих факторів.
Не варто збігатися з тим, що деякі вчені називають це епігенетика століття. При вивченні історії розвитку природної науки, біології та генетики зокрема, можна отримати враження, що всі попередні роки були чудовим підготовчим етапом, накопичення сил перед відкриттям дійсно надімпортного значення. Ми, ймовірно, на межі цих відкриттів.
Автор: Ржешевський Олексій.
P.S. І пам'ятаєте, просто змінивши наше споживання – разом ми змінюємо світ!
Джерело: Biomolecula.ru/content/1777#l48
