การควบคุมยีนและเอพิจีเนติกส์
เซลล์ต่างๆ มีชุดยีนที่เหมือนกัน แต่มีพฤติกรรมที่แตกต่างกัน เนื่องจากเซลล์ควบคุมการแสดงออกของยีนว่ายีนใดจะแสดงออก เมื่อใด และมีความเข้มข้นเพียงใด และสถานะการควบคุมบางอย่างสามารถถ่ายทอดได้โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงลำดับดีเอ็นเอ
Definition
การควบคุมยีนคือชุดของกลไกที่ควบคุมว่ายีนใดจะแสดงออกและในระดับใด และเอพิจีเนติกส์คือการศึกษาการเปลี่ยนแปลงที่ถ่ายทอดได้ในการแสดงออกของยีนที่ไม่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงในลำดับดีเอ็นเอพื้นฐาน
Scope
สาขานี้ครอบคลุมการควบคุมการถอดรหัสโดยโปรโมเตอร์, เอนแฮนเซอร์ และปัจจัยการถอดรหัส บทบาทการควบคุมของ RNA รวมถึง RNA ขนาดเล็กและการรบกวนของ RNA การควบคุมการแสดงออกของยีนผ่านการปรับเปลี่ยนโครมาตินและการถ่ายทอดทางพันธุกรรม และผลกระทบจากต้นกำเนิดของพ่อแม่ เช่น การประทับตราทางพันธุกรรม (genomic imprinting) โดยจะกล่าวถึงวิธีการควบคุมและการถ่ายทอดทางเอพิจีเนติกส์ของการแสดงออกของจีโนมที่คงที่ ส่วนโครงสร้างของยีนเองและการกลายพันธุ์ในระดับลำดับจะครอบคลุมในสาขาพันธุศาสตร์โมเลกุล
Sub-topics
Core questions
- ปัจจัยการถอดรหัส, โปรโมเตอร์ และเอนแฮนเซอร์ กำหนดการถอดรหัสของยีนได้อย่างไร?
- โมเลกุล RNA ควบคุมการแสดงออกของยีนหลังการถอดรหัสได้อย่างไร?
- การปรับเปลี่ยนโครมาตินเปิดหรือปิดยีนและส่งผ่านสถานะนั้นไปยังเซลล์ลูกได้อย่างไร?
- ผลกระทบจากต้นกำเนิดของพ่อแม่ เช่น การประทับตราทางพันธุกรรม เกิดขึ้นและคงอยู่ได้อย่างไร?
Key theories
- แบบจำลองโอเปรอนของการควบคุมยีน
- Jacob และ Monod แสดงให้เห็นว่ายีนของแบคทีเรียสามารถเปิดและปิดได้โดยโปรตีนควบคุมที่จับกับดีเอ็นเอเพื่อตอบสนองต่อสัญญาณ ซึ่งเป็นการสร้างหลักการของการแสดงออกของยีนที่ถูกควบคุม
- การถ่ายทอดทางเอพิจีเนติกส์
- รูปแบบของการเมทิลเลชันดีเอ็นเอและการปรับเปลี่ยนฮิสโตนสามารถแพร่กระจายผ่านการแบ่งเซลล์ และในบางกรณี ข้ามรุ่น โดยส่งผ่านสถานะการแสดงออกของยีนโดยไม่เปลี่ยนแปลงลำดับดีเอ็นเอ
Clinical relevance
การควบคุมการแสดงออกของยีนที่ผิดปกติเป็นสาเหตุของโรคมะเร็งและความผิดปกติในการพัฒนาหลายชนิด การเปลี่ยนแปลงทางเอพิจีเนติกส์ เช่น การเมทิลเลชันที่ผิดปกติ เป็นเป้าหมายในการวินิจฉัยและการรักษา ความผิดปกติของการประทับตราทางพันธุกรรมแสดงให้เห็นถึงโรคที่มีต้นกำเนิดจากพ่อแม่ และการควบคุมโดย RNA เป็นพื้นฐานของกลุ่มการรักษาที่กำลังเติบโต
History
แบบจำลองโอเปรอนของ Jacob และ Monod ในปี 1961 แสดงให้เห็นว่ายีนถูกควบคุมแทนที่จะแสดงออกอย่างต่อเนื่อง Waddington ได้บัญญัติศัพท์เอพิจีเนติกส์ก่อนหน้านี้สำหรับวิธีที่จีโนไทป์สร้างฟีโนไทป์ และการค้นพบการรบกวนของ RNA ในปี 1998 และการทำแผนที่โมเลกุลของเครื่องหมายโครมาตินได้สร้างภาพที่ทันสมัยของการควบคุมแบบหลายชั้นที่ถ่ายทอดได้
Key figures
- François Jacob
- Jacques Monod
- Conrad Waddington
- Andrew Fire
Related topics
Seminal works
- jacobMonod1961
- allis2007
Frequently asked questions
- เอพิจีเนติกส์หมายถึงอะไร?
- หมายถึงการเปลี่ยนแปลงที่ถ่ายทอดได้ในการแสดงออกของยีนที่ไม่เปลี่ยนแปลงลำดับดีเอ็นเอเอง เช่น เครื่องหมายทางเคมีบนดีเอ็นเอหรือโปรตีนที่เกี่ยวข้องที่เปิดหรือปิดยีนและสามารถส่งผ่านไปยังเซลล์ลูกได้
- ถ้าทุกเซลล์มียีนเหมือนกัน ทำไมเซลล์ถึงแตกต่างกันมาก?
- เซลล์แตกต่างกันเพราะพวกมันแสดงออกยีนย่อยที่แตกต่างกันจากยีนที่ใช้ร่วมกัน กลไกการควบคุมจะตัดสินใจว่ายีนใดทำงานในเซลล์แต่ละชนิด และเครื่องหมายทางเอพิจีเนติกส์ช่วยคงการตัดสินใจเหล่านี้ไว้เมื่อเซลล์มีความเชี่ยวชาญ