Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

2.4: Епігенетичні механізми

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    24698

    \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Цілі навчання
    • 1: Визначте основні епігенетичні механізми, пов'язані з контролем експресії генів.

    4.1

    Вступ

    clipboard_e47278829e1fa0588b691d6588d353aba.pngЕпігенетика визначається як потенційно спадкові та оборотні зміни експресії генів, опосередковані метилуванням ДНК, модифікаціями гістонових білків або некодуючими РНК, які не обумовлені будь-якою зміною послідовності ДНК. Ці процеси сингулярно або спільно впливають на стабільність стенограми, згортання ДНК, позиціонування нуклеосом, ущільнення хроматину і, зрештою, ядерну організацію. Вони визначають, чи ген замовчується чи активується, а також коли і де це відбувається.

    Епігенетичні зміни є регулярним і природним явищем, необхідним для нормального розвитку клітин, але також можуть впливати кілька факторів, включаючи вік, навколишнє середовище/спосіб життя та стан хвороби.

    4.2

    Метилювання ДНК

    дисахаридна структураМетилювання ДНК - це ковалентна модифікація ДНК, при якій метильна група переноситься з S-аденозилметіоніну (SAM), який перетворюється на S-аденозилгомоцистеїн (SAH), в положення 5 цитозину сімейством ферментів, відомих як ДНК-метилтрансферази (DNMT).
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Структура дисахариду
    Метилювання ДНК в області промоторів — Credit Aline de ContiМетилювання ДНК відбувається переважно в цитозині, розташованих поблизу гуанінів, відомих як динуклеотиди CpG (CPG) або острів CpG. Ці острови CpG знаходяться в області промоторів генів. Метильна група пригнічує зв'язування факторів транскрипції до місця їх розпізнавання, що призводить до гальмування транскрипції генів. Крім того, метильна група може залучати інші білки, відомі як транскрипційні репресори, що сприяє гальмуванню транскрипції генів.
    Малюнок\(\PageIndex{2}\): Метилювання ДНК в області промотора - Credit Aline de Conti

    4.3

    Гістони після трансляційних модифікацій

    Нуклеосома складається з п'яти гістонових білків (H1, H2A, B, H3 і H4). N-кінцеві ці гістонові білки піддаються ковалентним модифікаціям, таким як метилювання, фосфорилювання, ацетилювання, убіквітинація або сумоілювання групою гістон-модифікуючих ферментів. Зміни в цих білках сприяють доступності та компактності хроматину і призводять до активації або придушення певних генів.

    ПРИКЛАДИ ТИПІВ І РОЛЕЙ МОДИФІКАЦІЙ ГІСТОНІВ

    4.3 2.jpg
    Малюнок\(\PageIndex{3}\): Гістонові сайти посттрансляційних модифікацій.

    Активація транскрипції генів:

    Ацелювання в лізину 9 (К9) гістону 3 (Н3) - H3k9aC

    Ацетилювання в лізину 27 (К27) гістону 3 (Н3) - H3K27ac

    Триметилювання в лізині 4 (К4) гістону 3 (Н3) - H3K4Me3

    Пригнічення транскрипції генів:

    Триметилювання в лізині 4 (К3) гістону 3 (Н3) - H3K9Me3

    Триметилювання в лізину 27 (К27) гістону 3 (Н3) - H3K27me3

    Триметилювання в лізину 20 (К20) гістону 3 (Н3) - H3K20Me3

    Ацетилювання гістону і метилювання в регуляції генів.Метилювання ДНК та посттрансляційні модифікації гістонів відіграють важливу роль у встановленні структури хроматину і, як наслідок, у модуляції експресії генів. Ці епігенетичні механізми можуть бути незалежними або можуть відбуватися разом для контролю експресії генів. Вони також можуть впливати один на одного, наприклад, метилювання гістонів може допомогти направити схеми метилювання ДНК, а метилювання ДНК може служити шаблоном для деяких модифікацій гістону після реплікації ДНК.
    Малюнок\(\PageIndex{4}\): Ацетилювання та метилювання гістону в генній регуляції.

    4.4

    МікроРНК

    МіРНК відіграють важливу роль у регуляції генів і можуть впливати на біологічні функції, включаючи диференціацію клітин та проліферацію під час нормального розвитку та патологічних реакцій. Вони являють собою невеликі некодуючі молекули РНК (містять близько 22 нуклеотидів), отримані з областей транскриптів РНК, які складаються назад на себе, утворюючи короткі шпильки. Вони регулюють експресію генів на посттранскрипційному рівні. Ряд мікроНК може зв'язуватися з конкретними областями месенджерної РНК (мРНК) і блокувати її трансляцію в білки. Вважається, що зміна експресії мікроНК сприяє прогресуванню пухлиногенезу та інших захворювань.

    4.4.jpgСхематичне зображення глушіння генів мікроРНК. Кредит: Аліна де Конті
    Малюнок\(\PageIndex{5}\): Схематичне зображення глушіння генів мікроРНК. Кредит: Аліна де Конті

    Тема 4: Ключові моменти

    У цьому розділі ми вивчили наступні основні моменти:

    • 1: Епігенетичні механізми можуть впливати на експресію генів без зміни послідовності ДНК.

    • 2: Основними епігенетичними механізмами є метилювання ДНК, посттрансляційна модифікація гістонів та зміна експресії мікроРНК.

    • 3: Епігенетичні зміни є регулярним і природним явищем, але також можуть впливати кілька факторів, включаючи вік, навколишнє середовище/спосіб життя та стан хвороби.

    • 4: На відміну від генетичних змін, епігенетичні зміни вважаються оборотними.

    Перевірка знань

    1. Епігенетичними механізмами вважаються:

    Реверсивний

    Незворотні

    Відповідь

    Реверсивний

    2. Метилювання ДНК та посттрансляційні модифікації гістонів відіграють важливу роль у встановленні структури хроматину і, як наслідок, у модуляції експресії генів. Правда чи брехня?

    Помилковий

    Правда

    Відповідь

    Правда

    3. Метилювання ДНК може пригнічувати зв'язування факторів транскрипції з місцем їх розпізнавання в областях промоторів, що призводить до:

    Пригнічення транскрипції генів

    Активація транскрипції генів

    Відповідь

    Пригнічення транскрипції генів