توارث اپی‌ژنتیک بین نسلی

توارث اپی‌ژنتیک بین نسلی، انتقال اطلاعات اپی‌ژنتیک — بدون تغییر در توالی DNA — در طول نسل‌ها، از جمله به فرزندانی است که هرگز خودشان در معرض محرک اولیه قرار نگرفته‌اند. این یکی از بحث‌برانگیزترین موضوعات در اپی‌ژنتیک است، زیرا ژنوم تحت بازبرنامه‌ریزی اپی‌ژنتیک تقریباً کامل در رده زاینده و جنین اولیه قرار می‌گیرد، که باید بیشتر نشانه‌های اکتسابی را پاک کند.

Definition

توارث اپی‌ژنتیک بین نسلی، انتقال پایدار یک وضعیت اپی‌ژنتیک القا شده محیطی یا تجربی از طریق رده زاینده به نسل‌هایی است که مستقیماً در معرض شرایط القاکننده قرار نگرفته‌اند، که توسط حامل‌هایی مانند متیلاسیون DNA، وضعیت‌های کروماتین، یا RNAهای کوچک به جای تغییر توالی DNA واسطه می‌شود.

Scope

این مدخل، اثرات بین نسلی را از اثرات واقعاً بین نسلی متمایز می‌کند، مانع بازبرنامه‌ریزی را که هر نشانه به ارث رسیده باید از آن بگریزد، توضیح می‌دهد، حاملان کاندید اطلاعات به ارث رسیده را بررسی می‌کند، و شواهد موجود در ارگانیسم‌های مدل را در برابر شواهد بسیار ضعیف‌تر در انسان‌ها می‌سنجد. این یک مرجع برای مکانیسم‌ها و استانداردهای شواهد است، نه راهنمایی بالینی.

Core questions

• چگونه توارث واقعی بین نسلی از اثرات مواجهه مستقیم (بین نسلی) متمایز می‌شود؟
• کدام حامل‌های مولکولی می‌توانند از بازبرنامه‌ریزی رده زاینده و جنینی جان سالم به در ببرند؟
• قدرت شواهد در پستانداران در مقایسه با گیاهان، نماتدها و مگس‌ها چقدر است؟
• چه کنترل‌های تجربی برای ادعای توارث در انسان‌ها لازم است؟

Key concepts

• اثرات بین نسلی در مقابل اثرات بین نسلی واقعی
• بازبرنامه‌ریزی رده زاینده و جنینی
• جایگاه‌های حک شده و فراری
• توارث با واسطه RNAهای کوچک
• حسابداری نسلی F0-F1-F2-F3
• عوامل مخدوش‌کننده ناشی از محیط و ژنتیک مشترک

Mechanisms

برای اینکه یک نشانه اکتسابی محیطی به صورت بین نسلی به ارث برسد، باید وارد رده زاینده شود و از دو موج بازبرنامه‌ریزی در سراسر ژنوم جان سالم به در ببرد — یک بار در سلول‌های زاینده اولیه و یک بار پس از لقاح — که معمولاً متیلاسیون را پاک کرده و کروماتین را بازنشانی می‌کنند (Reik et al., 2001). حاملان کاندیدی که ممکن است فرار کنند یا دوباره برقرار شوند شامل برخی وضعیت‌های متیلاسیون DNA، تغییرات هیستونی حفظ شده، و RNAهای کوچک رده زاینده هستند (Heard & Martienssen, 2014). حسابداری نسلی محوری است: از آنجا که یک ماده F0 باردار، جنین F1 او، و رده زاینده F2 در آن جنین همگی مستقیماً در معرض قرار می‌گیرند، تنها اثراتی که تا F3 (یا F2 از طریق خط پدری) باقی می‌مانند، انتقال واقعی بین نسلی را نشان می‌دهند. گزارش Anway و همکاران (2005) در مورد اثرات ناشی از وینکلوزولین که در طول نسل‌ها در موش‌ها باقی می‌ماند، یک مثال پرکاربرد اما همچنین مکرراً مورد بررسی قرار گرفته است (Heard & Martienssen, 2014).

Clinical relevance

این موضوع نحوه تفسیر و ارزیابی ادعاهایی را که قرار گرفتن در معرض اجدادی بر سلامت فرزندان تأثیر می‌گذارد، شکل می‌دهد. این مدخل مکانیسم‌ها و استانداردهای شواهد را توصیف می‌کند و مبنایی برای تشخیص، پیش‌آگهی یا درمان فردی نیست.

Epidemiology

شواهد تجربی قوی برای توارث اپی‌ژنتیک بین نسلی عمدتاً از گیاهان و بی‌مهرگان مانند Caenorhabditis elegans به دست می‌آید، با شواهد محدودتر و مورد مناقشه در پستانداران؛ شواهد انسانی عمدتاً مشاهده‌ای است و نمی‌تواند به راحتی محیط مشترک یا عوامل مخدوش‌کننده ژنتیکی را حذف کند (Heard & Martienssen, 2014; Cavalli & Heard, 2019).

History

علاقه به توارث غیرژنتیکی با ترسیم نقشه بازبرنامه‌ریزی رده زاینده (Reik et al., 2001) و با گزارش آزمایش‌های حیوانی در مورد پایداری فنوتیپ‌های القا شده در طول نسل‌ها (Anway et al., 2005) افزایش یافت. بررسی Heard و Martienssen در سال 2014، با زیرعنوان معنادار «افسانه‌ها و مکانیسم‌ها»، با جداسازی یافته‌های بی‌مهرگان و گیاهان که به خوبی پشتیبانی می‌شوند از ادعاهای پستانداران که بیش از حد تفسیر شده‌اند، معیار شواهد معاصر را تعیین کرد.

Debates

آیا توارث واقعی بین نسلی در پستانداران اثبات شده است؟

منتقدان استدلال می‌کنند که بسیاری از گزارش‌های پستانداران به نسل F3 نمی‌رسند، فاقد کنترل‌های کافی هستند، یا نمی‌توانند مواجهه مستقیم مداوم و عوامل مخدوش‌کننده ژنتیکی را حذف کنند، بنابراین قوی‌ترین شواهد مکانیکی در گیاهان و بی‌مهرگان باقی می‌ماند.

Key figures

• Edith Heard
• Robert Martienssen
• Wolf Reik
• Michael Skinner
• Giacomo Cavalli

Seminal works

• reik-2001
• anway-2005
• heard-martienssen-2014

Frequently asked questions

چرا اثبات توارث بین نسلی در پستانداران بسیار دشوار است؟

زیرا ژنوم پستانداران دو بار به صورت اپی‌ژنتیکی بازبرنامه‌ریزی می‌شود — در رده زاینده و پس از لقاح — نشانه‌های اکتسابی معمولاً پاک می‌شوند، و از آنجا که قرار گرفتن یک ماده باردار در معرض، همزمان جنین و رده زاینده آن را در معرض قرار می‌دهد، اثبات توارث مستلزم پیگیری حداقل سه نسل تحت شرایط کنترل شده است.

چه چیزی اطلاعات اپی‌ژنتیک را بین نسل‌ها حمل می‌کند؟

حاملان کاندید شامل برخی وضعیت‌های متیلاسیون DNA، تغییرات هیستونی حفظ شده، و RNAهای کوچک در رده زاینده هستند، اما اینکه کدام یک از اینها عمل می‌کنند، و با چه اطمینانی، در گونه‌های مختلف متفاوت است و یک سوال تحقیقاتی فعال باقی می‌ماند.