Kromatin dan Pewarisan Epigenetik

Tanda kimia pada DNA dan protein histon yang mengemasnya menentukan apakah suatu gen dapat diakses atau dibungkam, dan karena tanda-tanda ini dapat disalin melalui pembelahan sel, tanda-tanda tersebut memungkinkan keadaan ekspresi diwariskan tanpa mengubah urutan DNA.

Definition

Pewarisan epigenetik berbasis kromatin adalah transmisi keadaan ekspresi gen melalui metilasi DNA dan modifikasi histon yang mengubah aksesibilitas kromatin dan disalin selama pembelahan sel, tanpa perubahan apa pun pada urutan DNA.

Scope

Topik ini mencakup metilasi DNA dan perannya dalam pembungkaman stabil, modifikasi kovalen ekor histon dan kromatin terbuka atau tertutup yang dihasilkan, remodeling kromatin yang bergantung pada ATP, propagasi keadaan kromatin melalui replikasi DNA, dan konsep pewarisan epigenetik lintas generasi sel dan organisme. Ini membahas regulasi berbasis kromatin yang dapat diwariskan; kontrol spesifik urutan dan yang dimediasi RNA dibahas dalam topik-topik yang berdekatan.

Core questions

• Bagaimana metilasi DNA membungkam gen dan tetap stabil melalui replikasi?
• Bagaimana modifikasi histon membuka atau menutup kromatin untuk mengontrol akses ke gen?
• Bagaimana kompleks remodeling kromatin memposisikan ulang nukleosom?
• Bagaimana keadaan kromatin disalin sehingga pola ekspresi gen diwariskan?

Key concepts

• Metilasi DNA dan pembungkaman gen
• Modifikasi histon dan kode histon
• Eukromatin terbuka versus heterokromatin tertutup
• Remodeling kromatin yang bergantung pada ATP
• Keterwarisan keadaan kromatin

Mechanisms

Gugus metil yang ditambahkan ke sitosin dan berbagai tanda kimia pada ekor histon merekrut protein yang memadatkan kromatin menjadi heterokromatin yang tidak aktif atau menjaganya tetap terbuka dan aktif; kompleks remodeling menggeser atau mengeluarkan nukleosom untuk mengekspos urutan regulasi, dan enzim pemeliharaan membentuk kembali metilasi dan tanda histon pada DNA yang baru direplikasi sehingga keadaan tersebut bertahan di sel anak.

Clinical relevance

Metilasi DNA dan modifikasi histon yang menyimpang adalah ciri khas kanker dan beberapa sindrom perkembangan, tanda epigenetik berfungsi sebagai biomarker, dan obat-obatan yang menargetkan metilasi dan enzim pengubah histon digunakan dalam onkologi; bidang ini disajikan di sini untuk pemahaman daripada panduan klinis.

History

Waddington memperkenalkan istilah epigenetika pada tahun 1940-an untuk menggambarkan bagaimana genotipe memunculkan fenotipe; era molekuler dimulai dengan pengakuan metilasi DNA sebagai tanda pembungkaman dan dipercepat dengan penemuan enzim pengubah histon sekitar tahun 2000, menetapkan kromatin sebagai lapisan regulasi yang dapat diwariskan.

Debates

Pewarisan epigenetik transgenerasi pada mamalia

Apakah tanda epigenetik dapat ditransmisikan lintas generasi pada mamalia untuk memengaruhi fenotipe keturunan masih diperdebatkan, karena sebagian besar tanda diatur ulang dalam garis benih dan bukti yang jelas pada manusia terbatas, meskipun pewarisan semacam itu didokumentasikan dengan baik pada tumbuhan dan beberapa hewan.

Key figures

• Conrad Waddington
• C. David Allis
• Adrian Bird

Seminal works

• allis2007

Frequently asked questions

Bagaimana ekspresi gen dapat diwariskan tanpa mengubah DNA?

Tanda-tanda seperti metilasi DNA dan modifikasi histon berada di atas DNA dan protein pengemasnya; enzim khusus menyalin tanda-tanda ini ke DNA baru setelah replikasi, sehingga sel anak mewarisi keadaan aktif atau tidak aktif yang sama dari setiap gen.

Apa perbedaan antara eukromatin dan heterokromatin?

Eukromatin dikemas secara longgar dan umumnya dapat diakses oleh mesin transkripsi, sehingga gen-gennya dapat diekspresikan, sedangkan heterokromatin dikemas secara padat dan biasanya dibungkam; tanda epigenetik membantu menentukan wilayah mana yang mengadopsi keadaan mana.