Epigenetyka - poza dziedziczenie jądrowe
Każdy, kto ukończył liceum, powinien wiedzieć coś o genetyce Mendla i Morgana. Jeśli jednak byliście w technikum, piliście tanie wino lub po prostu nie pamiętacie, zrobię szybką ściągę.
Mendel sformułował kilka praw:
- każdy organizm ma dwa allele jednej cechy (obecnie cechę nazywa się genem)
- do gamety (plemnika/komórki jajowej) wchodzi tylko jeden allel (cechy nie podlegają rozmywaniu)
Allele mogą być dominujące (Mendel nazywał je panującymi) lub recesywne (wg Mendla - ustępujące). Allel dominujący, by się pojawił jego efekt w fenotypie (zewnętrzne efekty działania genów), musi być jeden w komórce. By pojawiły się efekty działania allelu recesywnego, komórka musi posiadać parę takich alleli. Zwyczajowo allel dominujący oznaczamy wielką literą, a recesywny - małą.
źródło i dokładniejsze omówienie tego
Mendel założył, że różne cechy dziedziczą się niezależnie.
Niestety, tak nie jest - każdy gen ma określone położenie na chromosomie, na które jest podzielone genom każdego eukarionta. Jeśli więc dwa geny są na jednym chromosomie - dziedziczą się jak jeden. Nazywa się takie geny genami sprzężonymi (szczególnie jest to widoczne, gdy geny znajdują się blisko siebie). Podczas procesu wytwarzania gamet zachodzi jednak zjawisko crossing-over.
![](https://www.wykop.pl/cdn/c0834752/41tOjh0_5QUnb4C3j5PzUFBRuOHD9Yy8uSK0KUTx,wat600.jpg?author=Ginden&auth=f3bc222334a67ce0f8d42d5917fad15f)
OK, wszystko chyba jasne. A, dziedziczenie genów na chromosomach nazywa się chromosomową teorią dziedziczności Thomasa Morgana.
Czym jednak jest epigenetyka?
Może skorzystajmy z definicji najprostszej - zmiany epigenetyczne to takie zmiany dziedziczne, które nie są związane ze zmianami w sekwencji DNA. Nie zmienia się sekwencja w DNA, zmieniają się organizmy potomne.
Omówmy więc to od przypadków najprostszych, czyli czegoś co nie zawsze jest klasyfikowane do epigenetyki - DNA mitochondrialnego.
Mitochondria pełne DNA
Jak wspominałem w znalezisku o genetyce molekularnej, mitochondria zawierają własne DNA, co jest związane z faktem, że są one wchłoniętymi bakteriami.
Mitochondria to pół autonomiczne organelle występujące u prawie każdego eukarionta.
Organellum − każda oddzielona od cytozolu błoną komórkową struktura występująca w cytoplazmie komórki, wyspecjalizowana do pełnienia określonej funkcji
Jego głównym zadaniem jest wytwarzanie energii i gromadzenie jej w ATP. Zachodzi tam cykl Krebsa, niezbędny do życia komórce i organizmowi.
![](https://www.wykop.pl/cdn/c0834752/31tOjgl_5QUnb4C3j5PzUFBRuOHD9Yy8uSK0KUTx,wat600.jpg?author=Ginden&auth=f3bc222334a67ce0f8d42d5917fad15f)
schemat mitochondrium (
źródło)
Mitochondria dziedziczy się niemal wyłącznie po matce, mitochondria pochodzące z plemnika są niszczone wkrótce po wniknięciu do komórki jajowej. Przynajmniej jeśli jesteś człowiekiem. Jeśli jesteś małżem, cykadą, muchą lub sekwoją, sprawy mogą wyglądać inaczej.
![](https://www.wykop.pl/cdn/c0834752/61tOjx7_5QUnb4C3j5PzUFBRuOHD9Yy8uSK0KUTx,wat600.jpg?author=Ginden&auth=f3bc222334a67ce0f8d42d5917fad15f)
![](https://www.wykop.pl/cdn/c0834752/51tOjvV_5QUnb4C3j5PzUFBRuOHD9Yy8uSK0KUTx,wat600.jpg?author=Ginden&auth=f3bc222334a67ce0f8d42d5917fad15f)
Po lewej dziedziczenie chorób mitochondrialnych (
źródło), po prawej - podział kolistej cząsteczki DNA mitochondrialnego (
źródło)
DNA mitochondrialne jest wysoce podatne na uszkodzenia w związku z brakiem mechanizmów naprawczych. A geny tam kodowane, mimo że jest ledwie kilkanaście, są niezwykle ważne dla funkcjonowania organizmu.
Tak trochę poza tematem epigenetyki - wielu naukowców uważa, że kumulujące się mutacje w mitochondriach są przyczyną starzenia się.
Jednak czas na coś ciekawszego - choroby mitochondrialne.
* głuchota i cukrzyca dziedziczone po matce
* dziedziczna neuropatia nerwu wzrokowego Lebera - objawami są utrata wzroku w okresie wczesnej dorosłości, bardzo szybka (w okresie 2-3 miesięcy), zaburzenia przewodzenia impulsów elektrycznych w sercu, często rozwija się też stwardnienie rozsiane. Jedynie ~35% pacjentów z mutacją choruje, choroba najpowszechniejsza wśród Finów (1 na 50 tysięcy osób).
* zespół Leigha - objawy pojawiają się przed drugim rokiem życia i są to oczopląs, ataksja (problemy z poruszaniem się, ogólna niezgrabność), wymioty, niewydolność nerek i serca. Nie zawsze jest dziedziczony mitochondrialnie.
* zespół NARP - choroba opisana w swojej nazwie. Występują neuropatia (zaburzenie pracy nerwów obwodowych), ataksja (niezgrabność ruchów), utrata wzroku (pełna lub częściowa, zwyrodnienie barwnikowe siatkówki,
retinitis pigmentosa)
* zespół MNGIE - objawami są opadanie powiek, zaburzenia motoryki układu pokarmowego i neuropatie.
* padaczka miokloniczna z występowaniem czerwonych poszarpanych włókien w mięśniach - postępująca padaczka miokloniczna (wbrew pozorom padaczka to nie tylko duże ataki, ale też np. ataki nagłych skurczów jednej kończyny, czy nawet grupy mięśni), niski wzrost, czasem pojawia się otępienie.
* zespół MELAS - objawami uszkodzenia mózgu, podobne do efektów udarów (
stroke-like episodes), drgawki, cukrzyca, niski wzrost, głuchota, kwasica mleczanowa
Choroby mitochondrialne najczęściej dotykają mięśni, nerwów obwodowych i mózgu - jak łatwo zauważyć są to najbardziej energochłonne tkanki.
źródło
Z ciekawostek: przypuszcza się, że Karol Darwin też cierpiał na chorobę mitochondrialną - czego potwierdzeniem może być fakt, że
jego wuj od strony matki, pionier fotografii, także wykazywał podobne dolegliwości.
Priony u drożdży
Starsi użytkownicy mogą pamiętać jeszcze czasy paniki wobec choroby szalonych krów. Jak wiadomo, jest to choroba wywoływana przez priony - zakaźne białka. Mechanizm ich działania nie jest do końca poznany, ale wydaje się, że posiadają one taką samą strukturę pierwszorzędową (kolejność aminokwasów w białku), ale radykalnie odmienną strukturę drugorzędową (sposób zagięcia dużych cząsteczek w przestrzeni).
Drożdże
saccharomyces cerevisiae (których podgatunkiem są np. drożdże piwowarskie) posiadają w swoim jądrze komórkowym białka prionowe. Nie wydają się one przynosić poważnych szkód, ale ich pochodzenie i funkcja nadal pozostają nieznane. Obecnie znamy siedem występujących u nich białek prionowych, które na różne sposoby modyfikują fenotyp drożdży - obecność zmienionego białka Ure2p ułatwia wzrost na pożywkach ubogich w azot.
Są to zmiany epigenetyczne - ponieważ białka prionowe zmieniają konformację (układ przestrzennych) zdrowych białek, jest to zmiana przekazywana z pokolenia na pokolenie.
Metylacja DNA
Najprostszą metodą zmiany ekspresji genu jest metylacja DNA. Eukarionty metylują zwykle cytozynę, prokarionty - adeninę.
![](https://www.wykop.pl/cdn/c0834752/61tOiOx_5QUnb4C3j5PzUFBRuOHD9Yy8uSK0KUTx,wat600.jpg?author=Ginden&auth=f3bc222334a67ce0f8d42d5917fad15f)
![](https://www.wykop.pl/cdn/c0834752/71tOiOG_5QUnb4C3j5PzUFBRuOHD9Yy8uSK0KUTx,wat600.jpg?author=Ginden&auth=f3bc222334a67ce0f8d42d5917fad15f)
Before (cytozyna)... And after (5-metylocytozyna).
Metylacja DNA może utrudniać ekspresję genu na wiele sposobów. Poza zmianą struktury przestrzennej DNA, co zmniejsza powinowactwo enzymów odpowiedzialnych za transkrypcję do DNA, co w konsekwencji ogranicza ekspresję genu, może też powodować przyłączenie białek, które uniemożliwiają tym enzymom dostęp do nici.
Imprinting genetyczny
Istnieją choroby związane z faktem, że ojciec i matka wnoszą inaczej zmetylowane DNA. Przykładowymi chorobami przez to powodowanymi mogą być zespoły
Angelmana i
Pradera-Williego.
Głodzenie i stres
Co interesujące, warunki zewnętrzne bez bezpośredniego wpływu na komórki mogą powodować zmiany w gametach. Dzieci spłodzone w czasie klęski głodu w Danii w 1944 okazały się znacząco mniejsze od rówieśników z innych krajów. Można powiedzieć, że to efekt mniejszej ilości pożywienia dostępnej w czasie ciąży - ale co ciekawsze, wnuki tych ludzi podlegają temu samemu efektowi - są niższe od rówieśników.
Zmiany epigenetyczne
powoduje też stres. Długotrwałe podwyższenie poziomu kortyzolu (w uproszczeniu - hormonu stresu długotrwałego) powoduje zmiany DNA komórek mózgu, co powoduje, że myszy nawet po dłuższym czasie łatwiej reagują niepokojem.
Histony i kod histonowy
Histony to zasadowe, konserwatywne (różnice między człowiekiem a sekwoją to kwestia kilkunastu nukleotydów) białka, wokół których owinięte jest DNA eukariontów.
Zmiany chemiczne w histonach mogą jednak wpływać na ekspresję genów w sposób, którego nie rozumiemy. Opisano setki modyfikacji histonów, ale... Nie potrafimy z tym wiele zrobić.
Wiadomo na przykład że metylacja histonów H3/K4 and H3/K36 powoduje zwiększenie aktywności transkrypcji genów... Ale pozostają dziesiątki innych modyfikacji, które trudno zbadać, choćby z powodu, że jeden histon może podlegać wielu modyfikacjom w wielu miejscach.
Plastydy pełne DNA.
Podobne do mitochondriów są plastydy. Też zawierają DNA i też są niezbędne do życia (ale komórkom roślinnym). Najbardziej znanymi są chloroplasty i o nich napiszę kilka słów.
Zdrowe chloroplasty mają zadowolony brzusz... Nie. Zawierają chlorofil.
Znany jest przykład dziwaczka (Mirabilis jalapa). Niektóre jego odmiany posiadają nieregularne plamy o zmienionym kolorze - żółtozielonym lub nawet białym. Co przez wiele lat zastanawiało biologów - tych odmian nie da się prawie uzyskać z rozmnażania płciowego, ale przez sadzonkowanie.
Zapylanie roślin zdrowych przez takie z pstrolistnej odmiany zawsze dawało zielone potomstwo. Ale w drugą stronę - już niekoniecznie. Świadczy to o tym, że jest to cecha dziedziczona tylko w linii żeńskiej. Po lekturze tego artykuliku już chyba nam coś to przypomina...? Tak, pstrolistność jest związana z zaburzeniami w syntezie chlorofilu w chloroplastach. Można nawet uzyskać odmiany całkiem białe, jednak niestety jest to letalne dla rośliny.
A odmiany żółte? Cóż, mutacje w różnych plastydach pozostają w różnych plastydach. Takoż jeśli dojdzie do mutacji w jednym chloroplaście, a w drugim nie - komórka będzie miała dwa rożne zestawy DNA w chloroplastach (nazywa się to zjawisko heteroplazmią).
Komentarze (41)
najlepsze
A poza genetyką to krzykliwym i lubianym tematem powinny być pasożyty człowieka i innych zwierząt.
Bardziej medycznie i na pograniczu fizyki - współcześnie stosowane metody diagnostyki obrazowej
Strasznie staro się przez Ciebie poczułem ;/
Na poziomie rozwoju zarodkowego pewne komórki (w miarę losowo) zaczynają wytwarzać sygnały 'rozwijam się w komórki nerwowe', co hamuje różnicowanie się okolicznych komórek w neurony (tak naprawdę w większości nie są to neurony, bo te pojawiają się około 3 miesiąca w życiu płodowym człowieka - wcześniej są komórki, które rozwiną neuronów i wykazują wiele cech wspólnych z
Wyobraź sobie, że masz kulkę w kanionie. O, takim w kształcie litry V. Ściany powiedzmy nachylone pod kątem 30 stopni.
I masz człowieka, który co minutę tę kulkę popycha w losowym kierunku. Całkowicie
Ja bym raczej napisał że musi być przynajmniej jeden
U jakich eukariotów nie ma mitochondriów?
Dwa geny dominujące... Albo aktywne są oba i to jest kondominacja (np. grupa AB u człowieka).
Albo jeden ustępuje drugiemu. Allel niebieskich oczu jest recesywny wobec allelu brązowych, ale dominujący wobec allelu zielonych (spore uproszczenie, ale bazowo chodzi o gen OCA2). Albo zamiast czerwonych lub białych kwiatów pojawiają się różowe (to dominacja niezupełna).
Co do biochemicznych przyczyn dominacji jednego genu nad