Çevresel ve Nesiller Arası Epigenetik
Çevresel ve nesiller arası epigenetik, epigenetiğin, beslenme, stres, toksik maddeler ve diğer maruziyetler gibi dış ve iç çevresel sinyallerin, DNA dizisini değiştirmeden genom üzerinde kalıtsal moleküler izler bırakmasını ve bu izlerin bir bireyin yaşam seyri boyunca kalıcılığını veya hücre bölünmeleri ve nesiller boyunca aktarılıp aktarılamayacağını inceleyen alanıdır. Bu alan, epigenetiğin klasik moleküler mekanizmalarını (DNA metilasyonu, histon modifikasyonu, kodlamayan RNA'lar) gelişim, hastalık riski, yaşlanma ve kalıtım sorularıyla ilişkilendirmektedir.
Tanım
Çevresel ve nesiller arası epigenetik, altta yatan DNA dizisinde değişiklik olmaksızın meydana gelen, çevreye duyarlı, mitotik (ve bazen mayotik) olarak kalıtılabilir gen regülasyonu değişikliklerinin ve bunların gelişim, hastalık ve yaşlanma üzerindeki sonuçlarının incelenmesidir.
Kapsam
Bu alan, okuyucuyu dört bağlantılı tema üzerinde yönlendirmektedir: epigenomun çevreye nasıl plastik bir şekilde yanıt verdiği; çevresel olarak indüklenen izlerin nesiller boyunca kalıtılabildiği; erken yaşam ve prenatal koşulların sonraki sağlığı nasıl programladığı (gelişimsel kökenler çerçevesi); ve kümülatif epigenetik değişimin biyolojik yaşlanmayı nasıl takip ettiği. Bu, kavramların ve kanıtların referans niteliğinde bir genel bakışıdır, klinik bir rehberlik değildir ve yerleşik mekanizmaları tartışmalı iddialardan bilinçli olarak ayırmaktadır.
Alt konular
Temel sorular
- Çevresel maruziyetler epigenomu nasıl değiştirmektedir ve bu değişiklikler ne kadar kalıcıdır?
- Çevresel olarak indüklenen epigenetik izler yavrulara aktarılabilir mi ve bu iddia hangi kanıtsal standartlar altında geçerlidir?
- Prenatal ve erken yaşam koşulları yetişkin hastalık riskini nasıl programlamaktadır?
- Epigenom yaşla birlikte nasıl değişmektedir ve bu değişiklikler ölçülebilir mi?
Anahtar kavramlar
- Epigenetik plastisite
- DNA metilasyonu, histon modifikasyonu ve kodlamayan RNA
- Gelişimsel programlama
- Nesiller arası (transgenerational) ve kuşaklar arası (intergenerational) kalıtım
- Epigenetik yeniden programlama ve germ hattı bariyeri
- Epigenetik yaş ve yaşlanma saatleri
- Gen-çevre etkileşimi
Mekanizmalar
Bu alandaki ortak moleküler substrat epigenomdur: DNA metilasyonu, kovalent histon modifikasyonları, kromatin yeniden modellenmesi ve diziyi değiştirmeden gen ekspresyonunu düzenleyen kodlamayan RNA'lar (Jaenisch & Bird, 2003). Çevresel sinyaller bu izlere dönüştürülerek transkripsiyonda bağlama bağlı değişiklikler üretmektedir (Feil & Fraga, 2012). Genom çapında epigenetik yeniden programlamanın iki dalgası — germ hattında ve erken embriyoda — normalde çoğu izi silmektedir; bu nedenle, çevresel olarak indüklenen bir izin nesiller boyunca gerçek aktarımı, bu izin yeniden programlamadan kaçmasını gerektiren zorlu bir mekanik eşik olarak kabul edilmektedir (Cavalli & Heard, 2019).
Klinik önem
Çevrenin epigenomu nasıl şekillendirdiğini anlamak, hastalık riskinin popülasyon kalıplarını ve erken yaşam koşullarının yetişkin sağlığı üzerindeki uzun süreli etkisini açıklamaya yardımcı olmaktadır (Gluckman et al., 2008). Bu alan, epigenetik biyobelirteçleri ve maruziyet çalışmalarını yorumlamak için kavramsal bir arka plan sağlamaktadır; mekanizmaları ve kanıtları tanımlamaktadır ve bireysel tanı veya tedavi için bir temel oluşturmamaktadır.
Epidemiyoloji
Çevresel epigenetik etkiler beslenme, prenatal açlık ve stres, endokrin bozucu kimyasallar, sigara ve hava kirliliği alanlarında incelenmektedir; insan kanıtları büyük ölçüde gözlemsel ve kohort tasarımlarından, hayvan kanıtları ise kontrollü maruziyet deneylerinden elde edilmektedir (Feil & Fraga, 2012; Cavalli & Heard, 2019). Kanıtın gücü temaya göre keskin bir şekilde değişmektedir — yaşam boyu plastisite ve gelişimsel programlama için en güçlü, insanlarda çok nesilli kalıtım için ise en tartışmalı durumdadır.
Tarihçe
Çevrenin kalıcı biyolojik izler bıraktığı fikri moleküler epigenetikten önceye dayanmaktadır, ancak modern sentez DNA metilasyonu ve kromatin izlerinin ölçülebilmesiyle ortaya çıkmıştır. Jaenisch ve Bird'ün epigenomu içsel ve çevresel sinyallerin bir entegratörü olarak çerçevelemesi (2003) alanı sağlamlaştırmış ve sonraki derlemeler çevresel epigenetiği hastalık ve kalıtım tartışmalarıyla ilişkilendirmiştir (Feil & Fraga, 2012; Cavalli & Heard, 2019).
Tartışmalar
- Memelilerde nesiller arası epigenetik kalıtım ne kadar sağlamdır?
- Germ hattı ve embriyonik yeniden programlama çoğu izi sildiğinden, memelilerde çevresel olarak edinilmiş epigenetik durumların birden fazla nesil boyunca kalıtıldığı iddiaları tartışmalı kalmaktadır ve bildirilen insan kanıtlarının çoğu ortak çevreyi veya genetik karıştırıcı etkiyi (confounding) dışlayamamaktadır.
Öne çıkan isimler
- Rudolf Jaenisch
- Adrian Bird
- Robert Feil
- Giacomo Cavalli
- Edith Heard
- Peter Gluckman
İlgili konular
Temel eserler
- jaenisch-bird-2003
- feil-fraga-2012
- cavalli-heard-2019
Sıkça sorulan sorular
- Kuşaklar arası (intergenerational) ve nesiller arası (transgenerational) epigenetik etkiler arasındaki fark nedir?
- Kuşaklar arası etkiler, yavrunun veya germ hattının doğrudan maruz kalmasıyla açıklanabilir (örneğin, hamile bir birey, fetüs ve fetal germ hücrelerinin hepsi aynı anda maruz kalır). Gerçek nesiller arası kalıtım, etkinin hiçbir zaman doğrudan maruz kalmamış nesillerde devam etmesini gerektirir ki bu çok daha güçlü ve talepkar bir iddiadır.
- Çevresel epigenetik, deneyimlerin DNA'mızı değiştirdiği anlamına mı gelmektedir?
- Hayır. Çevresel sinyaller, DNA'nın üzerine katmanlanmış epigenetik izleri — metilasyon ve kromatin durumu gibi — değiştirebilir ve bunlar gen aktivitesini düzenler, ancak DNA dizisinin kendisini değiştirmezler.
Bu kavram için yöntemler
- Epigenome-wide association study in educational research
- Time-series Epigenome-wide Association Study
- Epigenome-wide association study
- Multi-omics epigenome-wide association study
- Bayesian epigenome-wide association study in educational research
- Differential Epigenome-Wide Association Study
- Network-based epigenome-wide association study
- Bayesian epigenome-wide association study