تنظیم ژن و اپیژنتیک
سلولها ژنهای یکسانی دارند، با این حال رفتار متفاوتی از خود نشان میدهند؛ زیرا آنها کنترل میکنند که کدام ژنها، چه زمانی و با چه شدتی بیان شوند، و برخی از این حالتهای تنظیمی بدون هیچ تغییری در توالی DNA قابل وراثت هستند.
Definition
تنظیم ژن مجموعهای از مکانیسمها است که کنترل میکنند کدام ژنها و تا چه حد بیان شوند، و اپیژنتیک مطالعه تغییرات وراثتی در بیان ژن است که شامل تغییرات در توالی DNA زیربنایی نمیشود.
Scope
این حوزه شامل تنظیم رونویسی توسط پروموترها، تقویتکنندهها و فاکتورهای رونویسی، نقشهای تنظیمی RNA از جمله RNAهای کوچک و تداخل RNA، کنترل بیان ژن از طریق اصلاح کروماتین و انتقال وراثتی آن، و اثرات منشأ والدینی مانند نقشپذیری ژنومی است. این حوزه به چگونگی کنترل و وراثت اپیژنتیکی بیان یک ژنوم ثابت میپردازد؛ ساختار خود ژنها و جهش در سطح توالی آنها در ژنتیک مولکولی پوشش داده میشود.
Sub-topics
Core questions
- فاکتورهای رونویسی، پروموترها و تقویتکنندهها چگونه زمان رونویسی یک ژن را تعیین میکنند؟
- مولکولهای RNA چگونه بیان ژن را پس از رونویسی تنظیم میکنند؟
- تغییرات کروماتین چگونه ژنها را روشن یا خاموش میکنند و این حالت را به سلولهای دختری منتقل میکنند؟
- اثرات منشأ والدینی مانند نقشپذیری چگونه ایجاد و پایدار میمانند؟
Key theories
- مدل اپرون تنظیم ژن
- ژاکوب و مونو نشان دادند که ژنهای باکتریایی میتوانند با اتصال پروتئینهای تنظیمی به DNA در پاسخ به سیگنالها، روشن و خاموش شوند و اصل بیان ژن کنترلشده را پایهگذاری کردند.
- وراثت اپیژنتیکی
- الگوهای متیلاسیون DNA و اصلاح هیستون میتوانند از طریق تقسیم سلولی و در برخی موارد، در طول نسلها منتقل شوند و حالتهای بیان ژن را بدون تغییر توالی DNA انتقال دهند.
Clinical relevance
تنظیم نادرست بیان ژن باعث سرطان و بسیاری از اختلالات تکوینی میشود، تغییرات اپیژنتیکی مانند متیلاسیون غیرطبیعی اهداف تشخیصی و درمانی هستند، اختلالات نقشپذیری بیماریهای با منشأ والدینی را نشان میدهند، و تنظیم مبتنی بر RNA زیربنای دستهای رو به رشد از درمانها است.
History
مدل اپرون ژاکوب و مونو در سال 1961 نشان داد که ژنها به جای بیان دائمی، تنظیم میشوند؛ وادینگتون پیش از آن اصطلاح اپیژنتیک را برای چگونگی ایجاد فنوتیپ از ژنوتیپ ابداع کرده بود، و کشف تداخل RNA در سال 1998 و نقشهبرداری مولکولی نشانگرهای کروماتین، تصویر مدرن از تنظیم لایهای و وراثتی را پایهگذاری کرد.
Key figures
- François Jacob
- Jacques Monod
- Conrad Waddington
- Andrew Fire
Related topics
Seminal works
- jacobMonod1961
- allis2007
Frequently asked questions
- اپیژنتیک به چه معناست؟
- این اصطلاح به تغییرات وراثتی در نحوه بیان ژنها اشاره دارد که توالی DNA را تغییر نمیدهند، مانند نشانههای شیمیایی روی DNA یا پروتئینهای مرتبط با آن که ژنها را روشن یا خاموش میکنند و میتوانند به سلولهای دختری منتقل شوند.
- اگر هر سلول ژنهای یکسانی دارد، چرا سلولها اینقدر متفاوت هستند؟
- سلولها به این دلیل متفاوت هستند که زیرمجموعههای مختلفی از ژنهای مشترک خود را بیان میکنند؛ مکانیسمهای تنظیمی تصمیم میگیرند که کدام ژنها در هر نوع سلول فعال باشند، و نشانههای اپیژنتیکی به تثبیت این تصمیمات با تخصصیافتن سلولها کمک میکنند.