โครมาตินและการถ่ายทอดทางเอพิจีเนติก
เครื่องหมายทางเคมีบนดีเอ็นเอและบนโปรตีนฮิสโตนที่บรรจุดีเอ็นเอเป็นตัวกำหนดว่ายีนนั้นสามารถเข้าถึงได้หรือถูกยับยั้ง และเนื่องจากเครื่องหมายเหล่านี้สามารถถูกคัดลอกผ่านการแบ่งเซลล์ได้ จึงทำให้สถานะการแสดงออกถูกถ่ายทอดโดยไม่เปลี่ยนแปลงลำดับดีเอ็นเอ
Definition
การถ่ายทอดทางเอพิจีเนติกที่อาศัยโครมาตินคือการส่งผ่านสถานะการแสดงออกของยีนผ่านการเติมหมู่เมทิลบนดีเอ็นเอและการดัดแปลงฮิสโตนที่เปลี่ยนแปลงการเข้าถึงของโครมาติน และถูกคัดลอกระหว่างการแบ่งเซลล์ โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงใดๆ ในลำดับดีเอ็นเอ
Scope
หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงการเติมหมู่เมทิลบนดีเอ็นเอและบทบาทในการยับยั้งอย่างเสถียร การดัดแปลงทางเคมีแบบโควาเลนต์ของหางฮิสโตนและโครมาตินที่เปิดหรือปิดอันเป็นผลลัพธ์ การปรับโครงสร้างโครมาตินที่ขึ้นกับ ATP การแพร่กระจายของสถานะโครมาตินผ่านการจำลองดีเอ็นเอ และแนวคิดของการถ่ายทอดทางเอพิจีเนติกข้ามรุ่นเซลล์และสิ่งมีชีวิต โดยจะกล่าวถึงการควบคุมที่ถ่ายทอดได้โดยอาศัยโครมาติน ส่วนการควบคุมที่จำเพาะต่อลำดับและการควบคุมที่อาศัย RNA จะกล่าวถึงในหัวข้อที่เกี่ยวข้อง
Core questions
- การเติมหมู่เมทิลบนดีเอ็นเอทำให้ยีนถูกยับยั้งและคงสภาพเสถียรผ่านการจำลองได้อย่างไร?
- การดัดแปลงฮิสโตนเปิดหรือปิดโครมาตินเพื่อควบคุมการเข้าถึงยีนได้อย่างไร?
- คอมเพล็กซ์ปรับโครงสร้างโครมาตินจัดตำแหน่งนิวคลีโอโซมใหม่ได้อย่างไร?
- สถานะโครมาตินถูกคัดลอกได้อย่างไรเพื่อให้รูปแบบการแสดงออกของยีนถูกถ่ายทอด?
Key concepts
- การเติมหมู่เมทิลบนดีเอ็นเอและการยับยั้งยีน
- การดัดแปลงฮิสโตนและรหัสฮิสโตน
- ยูโครมาตินแบบเปิดเทียบกับเฮเทอโรโครมาตินแบบปิด
- การปรับโครงสร้างโครมาตินที่ขึ้นกับ ATP
- การถ่ายทอดได้ของสถานะโครมาติน
Mechanisms
หมู่เมทิลที่ถูกเติมไปยังไซโตซีนและเครื่องหมายทางเคมีหลากหลายชนิดบนหางฮิสโตนจะดึงดูดโปรตีนที่ทำให้โครมาตินอัดแน่นเป็นเฮเทอโรโครมาตินที่ถูกยับยั้ง หรือทำให้เปิดและทำงานได้; คอมเพล็กซ์ปรับโครงสร้างจะเลื่อนหรือขับไล่นิวคลีโอโซมเพื่อเปิดเผยลำดับการควบคุม และเอนไซม์บำรุงรักษาจะสร้างการเติมหมู่เมทิลและเครื่องหมายฮิสโตนขึ้นใหม่บนดีเอ็นเอที่จำลองขึ้นใหม่ เพื่อให้สถานะคงอยู่ในเซลล์ลูก
Clinical relevance
การเติมหมู่เมทิลบนดีเอ็นเอที่ผิดปกติและการดัดแปลงฮิสโตนเป็นลักษณะเด่นของโรคมะเร็งและกลุ่มอาการพัฒนาการหลายอย่าง เครื่องหมายเอพิจีเนติกทำหน้าที่เป็นตัวบ่งชี้ทางชีวภาพ และยาที่มุ่งเป้าไปที่เอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการเติมหมู่เมทิลและการดัดแปลงฮิสโตนถูกนำมาใช้ในการรักษามะเร็ง; สาขาวิชานี้ถูกนำเสนอที่นี่เพื่อความเข้าใจมากกว่าคำแนะนำทางคลินิก
History
วอดดิงตันได้นำเสนอคำว่าเอพิจีเนติกส์ในช่วงทศวรรษ 1940 เพื่ออธิบายว่าจีโนไทป์ก่อให้เกิดฟีโนไทป์ได้อย่างไร; ยุคโมเลกุลเริ่มต้นด้วยการตระหนักถึงการเติมหมู่เมทิลบนดีเอ็นเอในฐานะเครื่องหมายการยับยั้ง และเร่งตัวขึ้นด้วยการค้นพบเอนไซม์ดัดแปลงฮิสโตนประมาณปี 2000 ซึ่งเป็นการสร้างโครมาตินให้เป็นชั้นของการควบคุมที่ถ่ายทอดได้
Debates
- การถ่ายทอดทางเอพิจีเนติกข้ามรุ่นในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม
- การที่เครื่องหมายเอพิจีเนติกสามารถส่งผ่านข้ามรุ่นในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเพื่อส่งผลต่อฟีโนไทป์ของลูกหลานได้หรือไม่นั้นยังคงเป็นที่ถกเถียงกัน เนื่องจากเครื่องหมายส่วนใหญ่จะถูกรีเซ็ตในเซลล์สืบพันธุ์ และหลักฐานที่ชัดเจนในมนุษย์มีจำกัด แม้ว่าการถ่ายทอดดังกล่าวจะได้รับการบันทึกไว้อย่างดีในพืชและสัตว์บางชนิด
Key figures
- Conrad Waddington
- C. David Allis
- Adrian Bird
Related topics
Seminal works
- allis2007
Frequently asked questions
- การแสดงออกของยีนสามารถถ่ายทอดได้โดยไม่เปลี่ยนแปลงดีเอ็นเอได้อย่างไร?
- เครื่องหมายต่างๆ เช่น การเติมหมู่เมทิลบนดีเอ็นเอและการดัดแปลงฮิสโตนจะอยู่บนดีเอ็นเอและโปรตีนที่บรรจุดีเอ็นเอ; เอนไซม์เฉพาะทางจะคัดลอกเครื่องหมายเหล่านี้ไปยังดีเอ็นเอใหม่หลังจากการจำลอง ทำให้เซลล์ลูกได้รับสถานะการเปิดหรือปิดของแต่ละยีนแบบเดียวกัน
- ความแตกต่างระหว่างยูโครมาตินและเฮเทอโรโครมาตินคืออะไร?
- ยูโครมาตินมีการจัดเรียงตัวหลวมๆ และโดยทั่วไปสามารถเข้าถึงได้โดยกลไกการถอดรหัส ทำให้ยีนสามารถแสดงออกได้ ในขณะที่เฮเทอโรโครมาตินมีการจัดเรียงตัวหนาแน่นและมักจะถูกยับยั้ง; เครื่องหมายเอพิจีเนติกช่วยกำหนดว่าบริเวณใดจะอยู่ในสถานะใด