اپی ژنتیک چیست؟

همه سلول های بدن ما از تقسیم یک سلول تخم پدید می آیند. اطلاعات ژنتیکی این سلول ها یکسان است، اما هر نوع از سلول های بدن ما کارهایی خاص انجام می دهند. پاسخ پرسش های مهم و متفاوت زیر را در زمینه ای به نام اپی ژنتیک (Epigenetic) باید جستجو کرد:

• بیش از 200 نوع سلول بدن ما چگونه هویت خود را فراموش نمی کنند و برای مثال، سلول چشم همواره سلول چشم می ماند؟
• چه چیزی مانع می شود که آنها به سلول سرطانی تبدیل نشوند؟ (سلول سرطانی، سلولی است که مانند سلول تخم، پیوسته تقسیم می شود.)
• چرا ما برخی از صفت ها را از پدر و برخی دیگر را از مادر به ارث می بریم؟
• تجربه های ما و محیط چگونه بر اندیشیدن ما اثر می گذارند؟
• چرا گیاهان در بهار شکوفه می دهند ولی در زمستان شکوفه نمی دهند؟

 اپی ژنتیک به بررسی برخی تغییرهای وراثتی در فنوتیپ (تظاهر ژن ها) می پردازد که بدون تغییر در توالی DNA رخ می دهند.

در این مقاله شما می توانید به کمک یک عکس نوشته با اپی ژنتیک آشنا شوید.

به تصویر زیر توجه کنید. در ادامه آن را از سمت چپ بالا ترجمه می کنیم.

پدیده های اپی ژنتیک به تغییرهای شیمیایی مولکول DNA یا هیستون ها مربوط می شوند. (هیستون ها پروتئین هایی هستند که DNA به دور آنها می پیچد و به صورت کروموزوم فشرده می شوند.) این تغییرهای شیمیایی در جریان نمو که سلول های بنیادی به سلول های کبد و سلول های عصبی تمایز می یابند، تغییر می کنند. اما در پاسخ به پیام های محیط (برای مثال در گیاهان در جریان هوای سرد زمستان یا در انسان ها هنگامی که سلول های ایمنی پس از عفونت فعال می شوند)، نیز تغییر می کند. یکی از بزرگترین اختلاف نظرها در این زمینه این است که آیا تغییرهای شیمیایی هیستون ها از راه تقسیم سلولی به ارث می رسند یا آنها فقط شاخص هایی گذرا از وضعیت رونویسی از ژن ها هستند.

1) نگاه نزدیک

رویدادهای اپی ژنتیک بی آنکه بر توالی DNA اثر بگذارند، فعالیت ژن ها را تنظیم می کنند. ژن های متفاوت بسته به متیل های وصل شده به DNA و تغییر در ساختار و ترکیب کروماتین (DNA + پروتئین) بیان می شوند، یعنی از روی آنها رونویسی می شود تا از روی رونوشت ها پروتئین ساخته شود. هیستون ها پروتئین های اصلی کروماتین هستند که 146 جفت باز DNA مانند نخی به دور قرقره به دور آنها می پیچد و ساختاری به نام نوکلئوزوم را می سازند. ساز و کارهای اپی ژنتیکی گوناگونی بر نوکلئوزوم اثر می گذارند. تغییر شیمیایی (با افزودن مولکول هایی به دُم هیستون ها یا DNA)، تغییر در موقعیت DNA (از راه تغییر ساختار کروماتین) یا با تغییر زیر واحدهای هیستون ها.

2) تمایز سلولی

نشانگرهای اپی ژنتیک برای تعیین و حفظ سرنوشت سلول در جریان نمو ضروری هستند. اگرچه همه سلول های انسان DNA یکسانی دارند، نشانگرهای اپی ژنتیکی آنها را چنان برنامه ریزی می کنند که ژن های مرتبط با هر نوع بافت در آنها بیان شوند. برای مثال در سلول عصبی (نورون) ژن هایی فعال می شوند که به رویش دندریت ها و آکسون ها کمک می کنند. در سلول کبد، همان ژن ها با برچسب های اپی ژنتیک مشخص می شوند که سبب می شوند DNA خاص سلول عصبی در حالت فشرده و پیچیده بماند و در نتیجه دستگاه رونویسی به آن ژن ها دسترسی نداشته باشد.

3) نشانگرهای غیر فعالگر

تغییرهای اپی ژنتیک بسیاری وجود دارد که سبب می شوند از روی ژن هایی رونویسی شود یا نشود و به چه مقدار رونویسی شود. نشانگرهای اپی ژنتیک که ژن ها را غیر فعال می کنند عبارتند از افزودن متیل به موقعیت هایی خاص در دم هیستون ها (A)، این تغییر شیمیایی را تعدادی آنزیم تغییر دهنده هیستون انجام می دهند و سپس تنظیم گرهای کروماتین آن را شناسایی می کنند (B).

شواهدی وجود دارد که نوع خاصی از مولکول های RNA که نقش رونوشت را ندارند (به نام nsRNA)، این آنزیم ها را تنظیم می کنند. بسیاری از تغییرهای هیستون که ژن ها را غیر فعال می کنند با تغییرهای اپی ژنتیک دیگر معکوس می شوند. (تصویر را ببینید.) اما افزودن متیل به DNA سبب تغییر پایدار و ارث پذیر در بیان ژن می شود (C). افزودن متیل به DNA اغلب در خوشه هایی با جزیره های سیتوزین (جزیره های CpG) رخ می دهد که بطور معمول در پروموترهای ژن (پیش برنده های رونویسی از ژن) قرار دارند.

4) نشانگرهای فعالگر

وراثت پذیری متیل دار شدن DNA که اغلب در مراحل آغازین نمو رخ می دهد، به سلول ها امکان می دهد ژن های نامرتبط را در نسل های متوالی از سلول های کبدی یا پوست خاموش نگه دارند. اما برخی از ژن ها (مانند ژن های گیاهان که سبب خواب زمستانی و گلدهی در بهار می شوند)، ژن های خاموشی هستند که باید دوباره فعال شوند. این ژن ها به افزودن گروه های استیل، فسفر و البته متیل در موقعیت هایی خاص در دم هیستون نیاز دارند (A). این تغییرها سبب باز شدن فشردگی کروماتین می شوند و ژن ها را که در دسترس نیستند، دست یافتنی می کنند. این تغییرها بیشتر در موقعیت هایی خاص در دم های هیستون ها رخ می دهند و پس از آن پروتئین های فعالسازی اضافی وارد کار می شوند (B). مجتمع های بازسازی هیستون که هیستون ها را در یک جهت یا جهتی دیگر می لغزانند نیز می توانند ژن ها را برای رونویسی دست یافتنی کنند (C).

منابع

مقاله علمی و آموزشی «اپی ژنتیک چیست؟»، نتیجه ی تحقیق و پژوهش، گردآوری، ترجمه و نگارش هیئت تحریریه پورتال یو سی (شما می توانید) می باشد. در این راستا مقاله وب سایت Lucy Reading ترجمه شده توسط مجله دانشمند، به عنوان منبع اصلی مورد استفاده قرار گرفته است.