Регуляция генов и эпигенетика
Клетки несут одни и те же гены, но ведут себя по-разному, потому что они контролируют, какие гены экспрессируются, когда и насколько сильно, и некоторые из этих регуляторных состояний наследуются без каких-либо изменений в последовательности ДНК.
Definition
Регуляция генов — это совокупность механизмов, которые контролируют, какие гены экспрессируются и в какой степени, а эпигенетика — это изучение наследуемых изменений в экспрессии генов, которые не связаны с изменениями в основной последовательности ДНК.
Scope
Эта область охватывает регуляцию транскрипции промоторами, энхансерами и факторами транскрипции, регуляторные роли РНК, включая малые РНК и РНК-интерференцию, контроль экспрессии генов посредством модификации хроматина и ее наследуемую передачу, а также эффекты родительского происхождения, такие как геномный импринтинг. Она рассматривает, как экспрессия фиксированного генома контролируется и наследуется эпигенетически; структура самих генов и их мутации на уровне последовательности рассматриваются в молекулярной генетике.
Sub-topics
Core questions
- Как факторы транскрипции, промоторы и энхансеры определяют, когда ген транскрибируется?
- Как молекулы РНК регулируют экспрессию генов после транскрипции?
- Как модификации хроматина включают или выключают гены и передают это состояние дочерним клеткам?
- Как возникают и сохраняются эффекты родительского происхождения, такие как импринтинг?
Key theories
- Оперонная модель регуляции генов
- Жакоб и Моно показали, что бактериальные гены могут включаться и выключаться регуляторными белками, связывающими ДНК в ответ на сигналы, устанавливая принцип контролируемой экспрессии генов.
- Эпигенетическое наследование
- Модели метилирования ДНК и модификации гистонов могут передаваться при делении клеток и, в некоторых случаях, через поколения, передавая состояния экспрессии генов без изменения последовательности ДНК.
Clinical relevance
Нарушение регуляции экспрессии генов является причиной рака и многих нарушений развития, эпигенетические изменения, такие как аберрантное метилирование, являются диагностическими и терапевтическими мишенями, нарушения импринтинга иллюстрируют заболевания, связанные с родительским происхождением, а регуляция на основе РНК лежит в основе растущего класса терапевтических средств.
History
Модель оперона Жакоба и Моно 1961 года показала, что гены регулируются, а не экспрессируются конститутивно; Уоддингтон ранее ввел термин «эпигенетика» для описания того, как генотип приводит к фенотипу, а открытие РНК-интерференции в 1998 году и молекулярное картирование хроматиновых меток сформировали современное представление о многоуровневой, наследуемой регуляции.
Key figures
- François Jacob
- Jacques Monod
- Conrad Waddington
- Andrew Fire
Related topics
Seminal works
- jacobMonod1961
- allis2007
Frequently asked questions
- Что означает «эпигенетический»?
- Это относится к наследуемым изменениям в экспрессии генов, которые не изменяют саму последовательность ДНК, таким как химические метки на ДНК или связанных с ней белках, которые включают или выключают гены и могут передаваться дочерним клеткам.
- Если каждая клетка имеет одни и те же гены, почему клетки так сильно отличаются?
- Клетки различаются потому, что они экспрессируют разные подмножества своих общих генов; регуляторные механизмы определяют, какие гены активны в каждом типе клеток, а эпигенетические метки помогают закрепить эти решения по мере специализации клеток.