Pewarisan Epigenetik Melalui Mitosis

Pewarisan epigenetik melalui mitosis adalah propagasi keadaan ekspresi gen dan konfigurasi kromatin dari sel induk ke dua sel anaknya pada setiap pembelahan somatik. Ini adalah dasar identitas seluler yang stabil: ketika sebuah sel membelah, keturunannya tidak hanya mewarisi genom tetapi juga memori gen mana yang aktif dan tidak aktif, sehingga garis keturunan yang berdiferensiasi tetap berdiferensiasi.

Definition

Pewarisan epigenetik melalui mitosis adalah transmisi keadaan kromatin yang dapat diwariskan atau program ekspresi dari sel yang membelah ke sel-sel anaknya melalui mekanisme selain perubahan urutan DNA, sedemikian rupa sehingga sel-sel anak merekonstitusi keadaan regulasi parental.

Scope

Topik ini mencakup bagaimana keadaan kromatin bertahan dari peristiwa-peristiwa disruptif fase S dan mitosis – perpindahan dan pengenceran histon, hilangnya transkripsi secara sementara, dan kondensasi kromosom – serta bagaimana keadaan tersebut dibangun kembali setelahnya. Ini berfokus pada pewarisan somatik (mitosis) dan memperlakukan subjek sebagai biologi molekuler dan perkembangan, bukan saran klinis.

Core questions

• Bagaimana keadaan kromatin bertahan dari replikasi DNA, ketika histon parental diencerkan dua kali lipat di antara dua untai anak?
• Apa yang memungkinkan tanda yang dapat memperbanyak diri dipulihkan daripada hilang secara progresif selama pembelahan berturut-turut?
• Bagaimana memori transkripsional dipertahankan melalui mitosis, ketika sebagian besar transkripsi dihentikan?

Key concepts

• Keterwarisan mitotik dari keadaan ekspresi
• Daur ulang dan pengenceran histon pada replikasi
• Pemulihan tanda sebelum fase S berikutnya
• Penandaan mitotik
• Stabilitas versus reversibilitas memori sel

Key theories

Restorasi mandiri tanda-tanda yang diencerkan

Karena histon parental dan modifikasinya terbagi di antara dua untai anak dan dengan demikian diencerkan, pewarisan yang setia dianggap bergantung pada enzim penulis yang mengenali tanda parental residual dan menyalinnya ke histon yang baru disimpan, memulihkan pola penuh sebelum pembelahan berikutnya.

Mechanisms

Selama fase S, nukleosom di depan garpu replikasi dibongkar dan histon parental didistribusikan ke kedua untai anak, di mana mereka bercampur dengan histon yang baru disintesis; ini mengurangi separuh kepadatan modifikasi apa pun. Pewarisan yang setia oleh karena itu mensyaratkan bahwa tanda-tanda parental residual menjadi templat modifikasi histon baru, seringkali melalui enzim penulis yang direkrut oleh produknya sendiri. Dalam mitosis, kondensasi dan penghentian sebagian besar transkripsi mengancam informasi regulasi, dan salah satu solusi yang diusulkan adalah penandaan mitotik (mitotic bookmarking), di mana faktor atau tanda tertentu tetap terkait dengan lokus kunci untuk menandainya agar reaktivasi cepat. Bersama-sama, restorasi yang digabungkan dengan replikasi dan penandaan memungkinkan sel-sel anak untuk membangun kembali keadaan kromatin parental.

Clinical relevance

Pewarisan mitotik yang setia menjaga sel-sel yang berdiferensiasi tetap stabil, dan kegagalan fidelitas ini dibahas dalam konteks keadaan sel yang aberan; oleh karena itu, topik ini muncul dalam pengajaran genetika dasar. Ini menjelaskan bagaimana memori disebarkan dan bukan merupakan dasar untuk diagnosis atau pengobatan individu.

History

Bukti bahwa keadaan ekspresi dapat bertahan melalui pembelahan terakumulasi dari studi variegasi efek posisi, inaktivasi X, dan penekanan Polycomb sepanjang abad kedua puluh. Kerangka molekuler semakin ketat dengan proposal kode histon dan dengan studi rinci tentang bagaimana nukleosom dan tanda-tandanya berperilaku di garpu replikasi, yang membingkai ulang pewarisan mitotik sebagai masalah pemulihan informasi yang diencerkan setiap siklus sel.

Debates

Apakah modifikasi histon benar-benar pembawa memori yang dapat diwariskan, atau merupakan turunan dari sinyal lain?

Apakah tanda histon itu sendiri adalah unit pewarisan yang dapat memperbanyak diri, atau dibangun kembali setiap siklus oleh faktor spesifik urutan dan metilasi DNA, masih diperdebatkan; baik restorasi oleh loop baca-tulis maupun instruksi ulang oleh regulator hulu didukung dalam sistem yang berbeda.

Key figures

• Genevieve Almouzni
• Danny Reinberg
• Robin Allshire
• C. David Allis

Seminal works

• allis-jenuwein-2001
• probst-2009
• margueron-reinberg-2011

Frequently asked questions

Bagaimana keadaan aktif/nonaktif suatu gen diingat ketika sel membelah?

Tanda kromatin dan histon parental yang didaur ulang yang dibawa ke untai anak bertindak sebagai templat, dan enzim penulis memulihkan pola penuh setelah replikasi sehingga setiap sel anak membangun kembali keadaan ekspresi parental.

Apa itu penandaan mitotik?

Ini adalah retensi faktor atau tanda tertentu pada gen-gen kunci selama mitosis, ketika sebagian besar transkripsi dimatikan, sehingga gen-gen tersebut dapat diaktifkan kembali dengan cepat setelah sel keluar dari pembelahan.