Tek bir enzim papağan tüylerindeki canlı renkleri değiştirebilir. için yorumlar kapalı
Bir aldehitin bir karboksil grubuna dönüştürülmesi tüylerin kırmızıdan sarıya doğru ince ayarlanmasını sağlayabilir.
Yeni bir araştırma, papağanların gökkuşağı tüylerinin canlı kırmızı, sarı veya yeşil renklerde ortaya çıkmasında bir enzimin önemli bir rol oynadığını ortaya koydu.
Papağan tüyleri, yalnızca canlı kuşlarda bulunan psittacofulvin adı verilen pigmentler sayesinde mümkün olan sarı, kırmızı ve turuncu tonlarla bir dizi renk sergiler ( SN: 3/15/05 ). Mavi tonlar, tüylerdeki nano yapılardan gelir – sarı psittacofulvinlerle birleştiğinde yeşil görünebilir – ve melanin siyah, gri ve kahverengi renkleri kontrol eder ( SN: 2/7/24 ).
Ancak psittakofulvin pigmentlerinin renkleri nasıl değiştirdiği henüz bilinmiyordu.
ALDH3A2 adı verilen bir enzim, gelişmekte olan tüylerdeki rengi kontrol etmek için öncelikle karbon moleküllerinden oluşan pigmentlerin kimyasal bileşimini değiştiriyor , araştırmacılar 1 Kasım tarihli Science dergisinde rapor ediyor . ALDH3A2, oksidasyon adı verilen bir kimyasal işlemle kırmızı aldehit moleküllerini sarı karboksilik asitlere dönüştürüyor.
Corbo ve meslektaşları , renk kodunu çözmek için kırmızı ve sarı çeşitleri bulunan bir papağan türü olan alaca lori ( Pseudeos fuscata ) ve hem kırmızı hem de yeşil tüylere sahip olan pembe yüzlü muhabbet kuşlarına ( Agapornis roseicollis ) yöneldi .
Papağanların kimyasal ve genetik analizlerinin bir kombinasyonu, ALDH3A2’nin sarı ve yeşil tüylerde kırmızı tüylerden daha aktif olduğunu ortaya koydu ve bu da enzimin tüylerin renk değiştirmesine yardımcı olduğunu gösteriyor. Dahası, aldehit içeren moleküllerin karboksilik asit içeren moleküllere oranı, kayan bir renk ölçeği yaratabilir, diyor ekip. Örneğin, kırmızı ve sarı moleküllerin eşit oranları turuncu tüyler üretmelidir, diyor Corbo.
Corbo, mavi nanoyapılarla kaplı sarı tüylerin pembe yüzlü muhabbet kuşlarının tüylerini yeşil yaptığını, kırmızı psittakofulvinli mavi tüylerin ise mor yaratabileceğini söylüyor. Melanin hesaba katıldığında papağan tüylerinin “bazen sıra dışı renkler elde etmek için bu farklı pigment türlerini karıştırıp eşleştirmenin birçok farklı yolu” vardır.
Papağan psittakofulvinleri kimyasal olarak karotenoidlere çok benzerdir, kardinaller gibi diğer kuşların beslenmelerinden aldıkları ve onlara parlak kırmızı bir renk veren pigmentlerdir. Corbo, bunun papağanların neden psittakofulvin kullandığı sorusunu gündeme getirdiğini söylüyor. “Bu moleküller bir şekilde karotenoidlerden daha mı iyi?” Bir hipotez, psittakofulvinlerin kuşların beslenmeleriyle yenilenmesi gereken pigmentlerden daha dayanıklı tüy renkleri yarattığıdır, yani parlak papağan tüyleri asla solmaz.
Çoğu gen için, iki çalışan kopya miras alırız – biri anneden, diğeri babadan. Ancak damgalanmış genlerde, yalnızca bir çalışan kopya miras alırız. Genlere bağlı olarak, anneden gelen kopya veya babadan gelen kopya epigenetik olarak susturulur. Susturma genellikle yumurta veya sperm oluşumu sırasında metil gruplarının eklenmesiyle gerçekleşir.
Baskılanmış genlerdeki epigenetik etiketler genellikle organizmanın ömrü boyunca yerinde kalır. Ancak yumurta ve sperm oluşumu sırasında sıfırlanırlar. Anneden veya babadan gelmelerine bakılmaksızın, belirli genler yumurtada her zaman susturulur ve diğerleri spermde her zaman susturulur.
Damgalanmış Genler Epigenetik Yeniden Programlamayı Atlatıyor
Yumurta ve sperm buluştuktan kısa bir süre sonra, genleri aktive eden ve susturan epigenetik etiketlerin çoğu DNA’dan soyulur. Ancak memelilerde, damgalanmış genler epigenetik etiketlerini korur. Damgalanmış genler, epigenetik etiketler yerindeyken gelişim sürecine başlar.
Baskılanmış genler, embriyonun erken evresinde epigenetik yeniden programlamayı atlatan tek genler değildir. Baskılamayı incelemek, araştırmacıların diğer genlerin epigenetik etiketlerini kaybetmeden yeniden programlamayı nasıl başardığını anlamalarına yardımcı olabilir.
Baskılama memelilere ve çiçekli bitkilere özgüdür. Memelilerde genlerin yaklaşık %1’i baskılanmıştır.
Normal gelişim için baskılama gereklidir
Bir birey normalde bir adet aktif kopyaya sahip bir damgalanmış gen taşır. Uygunsuz damgalama, bir bireyin iki aktif kopyaya veya iki inaktif kopyaya sahip olmasına yol açabilir. Bu, ciddi gelişimsel anormalliklere, kansere ve diğer sorunlara yol açabilir.
Prader-Willi ve Angelman sendromu iki çok farklı bozukluktur, ancak ikisi de kromozom 15’in aynı damgalanmış bölgesine bağlıdır. Bu bölgedeki genlerin bazıları yumurtada susturulur ve en az bir gen spermde susturulur. Yani kromozom 15’te bir kusur miras alan bir kişi, kromozomun anneden mi yoksa babadan mı geldiğine bağlı olarak farklı aktif genlerden yoksundur.
Prader-Willi sendromu • Belirtileri arasında öğrenme güçlüğü, kısa boy ve kompulsif yeme bulunur. • Bireylerde normalde babadan gelen gen aktivitesi eksiktir. • Babanın kopyası eksik olduğunda veya anneden iki kopya olduğunda ortaya çıkar.
Angelman sendromu • Belirtileri arasında öğrenme güçlükleri, konuşma sorunları, nöbetler, sarsıntılı hareketler ve alışılmadık derecede mutlu bir mizaç bulunur. • Bireyler normalde anneden gelen gen aktivitesinden yoksundur. • Annenin kopyası kusurlu veya eksik olduğunda veya iki baba kopyası olduğunda ortaya çıkar.
Memelileri Klonlamanın Zorluğu
Memelilerin klonlanmasının çok zor olduğu bilinir. Araştırmacıların tek bir sağlıklı klon üretmek için klonlama prosedürünü onlarca hatta yüzlerce kez tekrarlamaları gerekir. Baskılanmış genlerle ilgili sorunlar da dahil olmak üzere epigenomun bu zorluğun kökeninde olması muhtemeldir.
Klonlamanın en yaygın yöntemi somatik hücre nükleer transferi (SCNT) olarak adlandırılır. SCNT, üremeyen bir hücreden (genellikle bir deri hücresi veya meme hücresi) bir donör çekirdeğinin çıkarılmasını ve çekirdeği çıkarılmış bir yumurta hücresine yerleştirilmesini içerir.
Klonlar anormal epigenomlara sahiptir ve bu da çeşitli sorunlara yol açabilir. Klonlardaki epigenetik sorunlar muhtemelen iki nedenden kaynaklanır. Birincisi, donör çekirdeği epigenetik etiketlerin zaten yerinde olduğu farklılaşmış bir hücreden gelir. Bu etiketler genleri açık veya kapalı tutar ve hücrenin sorumluluklarını yerine getirmesini sağlar. Donör çekirdeği transfer edildikten sonra yumurta epigenetik etiketleri silmek için elinden geleni yapar. Ancak süreç hatalı, gecikmiş ve eksiktir.
İkinci olarak, donör çekirdeğindeki epigenetik etiketler birkaç kez kopyalanmıştır. DNA kodunu kopyalayan makine sadık olsa da (yarım milyarda bir hata yapar), epigenetik kopyalama makinesi özensizdir. Bazı durumlarda, hata oranı 25’te 1 kadar yüksek olabilir. Donör çekirdeğindeki çok az sayıdaki basılı gende bile yanlış kopyalanmış epigenetik etiketler, ortaya çıkan embriyonun gelişimi sırasında ciddi sonuçlara yol açabilir.
Dolly koyunu, somatik hücre nükleer transferi (SCNT) ile klonlanan ilk memeliydi.
eden Baskı? Genetik Çatışma Hipotezi
Bilim insanları memelilerde damgalanmanın neden gerçekleştiğini açıklamak için bir dizi hipotez ortaya attılar. Bunlardan biri olan Genetik Çatışma hipotezi, damgalanmanın erkekler arasında maternal kaynaklar için bir rekabetten kaynaklandığını varsayar.
Bazı türlerde, birden fazla erkek aynı yavrudan yavru doğurabilir. Örneğin bir ev kedisi, kızgınlık döneminde birden fazla kez çiftleşebilir ve iki veya daha fazla babadan yavru doğurabilir. Bir babanın yavruları diğerlerinden daha büyük olursa, yavrularının yetişkinliğe kadar yaşama ve genlerini aktarma olasılığı daha yüksek olur. Bu nedenle, daha büyük yavrular üretmek babanın genlerinin çıkarınadır. Daha büyük yavrular, diğer babanın yavruları pahasına anne kaynakları için rekabet edebilecektir.
Öte yandan, annenin genleri için daha iyi bir sonuç, tüm yavrularının yetişkinliğe kadar hayatta kalması ve üremesi olacaktır. Anne tek başına, gebelik boyunca ve doğumdan sonra yavrularına besin ve koruma sağlayacaktır. Kendi ihtiyaçlarından ödün vermeden kaynaklarını birkaç yavru arasında bölüştürebilmesi gerekir.
Birçok damgalanmış genin büyüme ve metabolizmada rol aldığı ortaya çıktı. Paternal damgalama daha büyük yavruların üretimini desteklerken maternal damgalama daha küçük yavruların üretimini destekler. Genellikle maternal ve paternal damgalanmış genler aynı büyüme yollarında çalışır. Bu çıkar çatışması ebeveynler arasında epigenetik bir savaşa yol açar — bir tür ebeveyn çekişmesi.
Beckwith-Wiedemann Sendromu
Igf2 geni (ancak Igf2 reseptör geni değil) insanlarda da izlenir. Igf2 geni, embriyonik ve fetal gelişim sırasında büyümeyi uyaran bir hormon kodlar. Metil etiketleri normalde maternal Igf2 genini susturur. Ancak bir DNA mutasyonu veya bir “epimutasyon” (eksik metil etiketleri) bunu aktive edebilir ve genin iki aktif kopyasıyla sonuçlanabilir.
Yumurta oluşumu sırasında veya gelişimin çok erken dönemlerinde maternal Igf2 geninin aktivasyonu Beckwith-Wiedemann Sendromuna (BWS) neden olur. BWS’li çocuklarda çeşitli semptomlar görülse de en yaygın ve belirgin özellik aşırı büyümedir. BWS’li bebekler akranlarının %95’inden daha büyük doğarlar. Ayrıca, özellikle çocukluk döneminde kanser riskleri de artar.
BWS yaklaşık 15.000 doğumda bir görülür. Ancak, yapay üreme teknolojisi (ART) yardımıyla laboratuvarda gebe kalınan bebeklerde BWS oranı 4.000’de 1 kadar yüksek olabilir. Bu ve baskı hatalarının diğer kanıtları, bazılarını yaygın ART laboratuvar prosedürlerinin güvenliği konusunda daha fazla araştırma çağrısında bulunmaya yöneltmektedir.
Ligerler ve Tigonlar
Damgalanmış genler normal genlerden daha fazla seçici baskı altındadır. Bunun nedeni, aynı anda yalnızca bir kopyanın aktif olmasıdır. Bu kopyadaki herhangi bir değişiklik ifade edilecektir. Etkilerini maskeleyecek bir “yedek kopya” yoktur. Sonuç olarak, damgalanmış genler diğer genlerden daha hızlı evrimleşir. Ve damgalama kalıpları — yumurtalarda ve spermlerde susturulan genler — da hızla evrimleşir. Yakından ilişkili türlerde oldukça farklı olabilirler.
Aslanlar ve kaplanlar normalde doğada karşılaşmazlar. Ancak esaret altında çok iyi anlaşabilirler ve bazen melez yavrular üretirler. Yavrular, annenin kim olduğuna bağlı olarak farklı görünür. Erkek bir aslan ve dişi bir kaplan, büyük kedilerin en büyüğü olan bir liger üretir. Erkek bir kaplan ve dişi bir aslan, ebeveynleriyle hemen hemen aynı boyutta olan bir kedi olan tigon üretir.
Ligerler ve tigonlar arasındaki boyut ve görünüm farkı kısmen ebeveynlerin farklı şekilde damgalanmış genlerinden kaynaklanır. Diğer hayvanlar da benzer sonuçlarla melezleşebilir. Örneğin, bir at ve bir eşek bir katır veya bir bardo üretebilir.
Kaplanlar ve aslanlar gibi yakın akraba olan hayvanlarda bile iz bırakma desenleri sıklıkla farklılık gösterir.
amgalanmış Genler Çevresel Sinyallere Duyarlıdır.
Damgalanmış genler çevresel sinyallere karşı özellikle hassastır. Damgalanmış genlerin yalnızca tek bir aktif kopyası ve yedeği olmadığı için, herhangi bir epigenetik değişiklik veya “epimutasyon” gen ifadesi üzerinde daha büyük bir etkiye sahip olacaktır.
Çevresel sinyaller ayrıca baskılama sürecinin kendisini de etkileyebilir. Baskılama, yumurta ve sperm oluşumu sırasında, belirli genleri susturmak için epigenetik etiketler eklendiğinde gerçekleşir. Diyet, hormonlar ve toksinlerin hepsi bu süreci etkileyebilir ve bir sonraki nesildeki genlerin ifadesini etkileyebilir.
Eskiden yeni bir embriyonun epigenomunun tamamen silindiğini ve sıfırdan yeniden inşa edildiğini düşünürdük. Ancak bu tamamen doğru değil. Genetik bilgi nesilden nesile geçerken bazı epigenetik etiketler yerinde kalır, bu sürece epigenetik kalıtım denir.
Epigenetik kalıtım alışılmadık bir bulgudur. Kalıtımın yalnızca ebeveynden yavruya geçen DNA kodu aracılığıyla gerçekleştiği fikrine aykırıdır. Bu, bir ebeveynin epigenetik etiketler biçimindeki deneyimlerinin gelecek nesillere aktarılabileceği anlamına gelir.
Ne kadar alışılmadık olsa da, epigenetik kalıtımın gerçek olduğuna dair çok az şüphe var. Aslında, genetikçilerin onlarca yıldır üzerinde kafa yorduğu bazı garip kalıtım kalıplarını açıklıyor.
Yeniden Programlama Engelini Aşmak
Çoğu karmaşık organizma, özelleşmiş üreme hücrelerinden (hayvanlarda yumurta ve sperm) gelişir. İki üreme hücresi bir araya gelir, sonra büyür ve bölünerek yetişkin organizmadaki her hücre tipini oluştururlar. Bu sürecin gerçekleşmesi için epigenomun “yeniden programlama” adı verilen bir süreçle silinmesi gerekir.
Yeniden programlama önemlidir çünkü yumurtalar ve spermler, kararlı gen ifadesi profillerine sahip özel hücrelerden gelişir. Başka bir deyişle, genetik bilgileri epigenetik etiketlerle işaretlenir. Yeni organizma sağlıklı bir embriyoya dönüşmeden önce, epigenetik etiketler silinmelidir.
Gelişimin belirli zamanlarında (zamanlama türlere göre değişir), özel hücresel mekanizma genomu tarar ve hücreleri genetik “boş bir sayfa”ya döndürmek için epigenetik etiketlerini siler. Yine de, genlerin küçük bir azınlığı için epigenetik etiketler bu süreci atlatır ve ebeveynden yavruya değişmeden geçer.
Yeniden programlama, erken embriyonun epigenomunu, vücuttaki her hücre tipini oluşturabilecek şekilde sıfırlar. Bir sonraki nesile geçebilmek için, epigenetik etiketlerin yeniden programlama sırasında silinmesinden kaçınılmalıdır. Üreme Hücrelerini Atlatmak
Epigenetik işaretler, yumurta veya spermi tamamen atlayarak ebeveynden yavruya geçebilir ve böylece erken gelişim sırasında meydana gelen epigenetik arınmadan kaçınılabilir.
Çoğumuza, özelliklerimizin ebeveynden yavruya geçen DNA’da sabit kodlanmış olduğu öğretildi. Epigenetik hakkında ortaya çıkan bilgiler, kalıtımın ne olduğuna dair yeni bir anlayışa ulaşmamızı sağlayabilir.
Sıçanlarda besleyici davranış Annelerinden yüksek veya düşük besleyicilik alan sıçan yavruları, hayatlarının ilerleyen dönemlerinde strese verdikleri tepkiyi etkileyen epigenetik farklılıklar geliştirirler. Dişi yavrular kendileri anne olduklarında, yüksek kaliteli bakım alanlar yüksek besleyici anneler haline gelirler. Ve düşük kaliteli bakım alanlar düşük besleyici anneler haline gelirler. Besleyici davranışın kendisi, yumurta veya spermden geçmeden, yavruların DNA’sına epigenetik bilgi iletir.
Gebelik diyabeti Memeliler, gebelik sırasında hormon tetiklemeli bir diyabet türü olan gebelik diyabeti yaşayabilirler. Anne gebelik diyabeti geçirdiğinde, gelişen fetüs yüksek seviyelerde şeker glikozuna maruz kalır. Yüksek glikoz seviyeleri, kızın DNA’sında epigenetik değişikliklere neden olarak, kendisinin de gebelik diyabeti geliştirme olasılığını artırır.
Epigenetik Kalıtımın ÖrnekleriEpigenetik kalıtımın bitkilerde ve mantarlarda gerçekleştiğine şüphe yok. Omurgasızlarda da epigenetik kalıtım için iyi bir gerekçe var. Birçok araştırmacı memelilerde epigenetik kalıtım olasılığına şüpheyle yaklaşsa da, bunun gerçekleşebileceğine dair bazı kanıtlar var.
Epigenetik Kalıtımın Kanıtlanmasının Zorlukları
Epigenetik kalıtımın kanıtlanması her zaman kolay değildir. Epigenetik kalıtım için su geçirmez bir dava sağlamak için araştırmacılar şunları yapmalıdır:
Genetik değişiklik olasılığını ortadan kaldırın Genomları daha büyük olan organizmalarda, tek bir mutasyon samanlıkta iğne gibi saklanabilir.
Epigenetik etkinin doğrudan maruz kalma olasılığını ortadan kaldıracak kadar nesilden nesile geçebileceğini gösterin Hamile bir annede, üç nesil aynı anda aynı çevre koşullarına doğrudan maruz kalır. 4. nesile kadar devam eden bir epigenetik etki kalıtsal olabilir ve doğrudan maruziyetten kaynaklanmayabilir.
Araştırmacılar, epigenetik değişikliklerin doğası gereği geçici olması gibi ek bir zorlukla karşı karşıyadır. Yani epigenom, nispeten sabit DNA kodundan daha hızlı değişir. Çevresel koşullar tarafından tetiklenen bir epigenetik değişiklik, çevresel koşullar tekrar değiştiğinde tersine çevrilebilir.
Üç jenerasyon aynı anda aynı çevresel koşullara (diyet, toksinler, hormonlar, vb.) maruz kalmaktadır. Epigenetik kalıtım için ikna edici bir durum sağlamak için, 4. jenerasyonda epigenetik bir değişim gözlemlenmelidir.
Evrim İçin Sonuçlar
Epigenetik kalıtım, evrimin modern resmine başka bir boyut ekler. Genom, rastgele mutasyon ve doğal seçilim süreçleriyle yavaşça değişir. Bir genetik özelliğin bir popülasyonda yaygın hale gelmesi birçok nesil alır. Öte yandan epigenom, çevreden gelen sinyallere yanıt olarak hızla değişebilir. Ve epigenetik değişiklikler birçok bireyde aynı anda meydana gelebilir. Epigenetik kalıtım yoluyla, ebeveynlerin deneyimlerinden bazıları gelecek nesillere aktarılabilir. Aynı zamanda, epigenom, çevresel koşullar değişmeye devam ettikçe esnek kalır. Epigenetik kalıtım, bir organizmanın, DNA kodunu değiştirmeden, gen ifadesini çevresine uyacak şekilde sürekli olarak ayarlamasına izin verebilir.
Epigenom Deneyimlerinden Ders Çıkarıyor. için yorumlar kapalı
hücresel hafıza görevi görür . Bir hücrenin epigenetik profili — genlere açık veya kapalı olmalarını söyleyen bir dizi etiket — hücrenin ömrü boyunca aldığı sinyallerin toplamıdır.
Değişen Epigenom Gen İfadesini Bilgilendirir
Döllenmiş bir yumurta bir bebeğe dönüşürken, günler, haftalar ve aylar boyunca alınan düzinelerce sinyal gen ifadesi kalıplarında kademeli değişikliklere neden olur. Epigenetik etiketler hücrenin DNA’daki deneyimlerini kaydederek gen ifadesinin dengelenmesine yardımcı olur. Her sinyal bir hücreyi nihai kaderine doğru iterken bazı genleri kapatır ve diğerlerini etkinleştirir. Farklı deneyimler her hücre tipinin epigenetik profillerinin zamanla giderek farklılaşmasına neden olur. Sonunda, her biri farklı bir kimliğe ve özel bir işleve sahip yüzlerce hücre tipi oluşur.
Farklılaşmış hücrelerde bile sinyaller, gen ifadesindeki değişiklikler yoluyla hücre işlevlerini ince ayarlar. Esnek bir epigenom, çevremizdeki dünyadaki değişikliklere uyum sağlamamızı ve deneyimlerimizden ders çıkarmamızı sağlar.
Gelişimin erken evrelerinde genler, harekete geçmeye hazır, başlangıç çizgisindeki koşucular gibi “hazır” durumdadır.
Farklılaşmış bir hücrede genlerin yalnızca %10 ila %20’si aktiftir. Farklı aktif gen setleri bir cilt hücresini bir beyin hücresinden farklı kılar.
Diyet ve stres gibi çevresel sinyaller gen ifadesinde değişikliklere neden olabilir. Epigenetik esneklik de yeni anılar oluşturmak için önemlidir.
Hücreler Sinyalleri Dinler
Epigenom, sinyallere yanıt olarak değişir. Sinyaller hücrenin içinden, komşu hücrelerden veya dış dünyadan (çevre) gelir.
Gelişimin erken dönemlerinde , çoğu sinyal hücrelerin içinden veya komşu hücrelerden gelir. Bu aşamada annenin beslenmesi de önemlidir. Vücuduna getirdiği yiyecekler, büyüyen fetüsün ve gelişen epigenomunun şekillenmesi için yapı taşlarını oluşturur. Stres hormonları gibi diğer sinyal türleri de anneden fetüse geçebilir.
Doğumdan sonra ve yaşam devam ederken , daha geniş çeşitlilikte çevresel faktörler epigenomu şekillendirmede rol oynamaya başlar. Sosyal etkileşimler, fiziksel aktivite, diyet ve diğer girdiler, vücutta hücreden hücreye seyahat eden sinyaller üretir. Erken gelişimde olduğu gibi, vücudun içinden gelen sinyaller fiziksel büyüme ve öğrenme dahil olmak üzere birçok süreç için önemli olmaya devam eder. Hormonal sinyaller ergenlikte büyük değişiklikleri tetikler.
Yaşlılıkta bile hücreler sinyalleri dinlemeye devam eder. Çevresel sinyaller epigenomda değişikliklere neden olur ve hücrelerin dış dünyaya dinamik olarak yanıt vermesini sağlar. İçsel sinyaller, kan hücrelerini ve cildi yenilemek ve hasarlı dokuları ve organları onarmak gibi vücut bakımı için gerekli olan aktiviteleri yönlendirir. Bu süreçler sırasında, tıpkı embriyonik gelişim sırasında olduğu gibi, hücrenin deneyimleri epigenom’a aktarılır ve burada belirli gen kümelerini kapatır ve etkinleştirir.
Sinyal Çeşitleri Çoktur
Proteinler DNA’ya Sinyal Taşır
Bir sinyal bir hücreye ulaştığında, proteinler içeride bilgi taşır. Bir bayrak yarışındaki koşucular gibi, proteinler birbirlerine bilgi aktarır. İlgili proteinlerin özellikleri ve çalışma biçimleri, sinyale ve hücre tipine bağlı olarak farklılık gösterir. Ancak temel fikir evrenseldir.
Bilgi, nihayetinde DNA’daki belirli bir harf dizisine bağlanan bir gen düzenleyici proteine aktarılır.
Gen Düzenleyici Proteinlerin İki Fonksiyonu Vardır
1. ÖZEL GENLERİ AÇIN VEYA KAPATIN
Bir gen düzenleyici protein, bir veya daha fazla gen üzerindeki belirli bir DNA dizisine bağlanır. Oraya vardığında, genleri aktive eden veya kapatan bir anahtar gibi davranır.
2. EPİGENETİK ETİKETLERİ EKLEYEN VE KALDIRAN ENZİMLERİ KULLANIN
Gen düzenleyici proteinler ayrıca epigenetik etiketleri ekleyen veya kaldıran enzimleri de işe alır. Enzimler, DNA’ya, histonlara veya her ikisine epigenetik etiketler ekler.
Epigenetik etiketler hücreye genlerinin ne yapması gerektiğini uzun vadede “hatırlama” olanağı sağlar.
Deneyimler Kız Hücrelere Aktarılır
Hücreler büyüdükçe ve bölündükçe, hücresel makine epigenetik etiketleri DNA ile birlikte sadakatle kopyalar. Bu özellikle embriyonik gelişim sırasında önemlidir, çünkü geçmiş deneyimler gelecekteki seçimleri bilgilendirir. Bir hücre, merceğin veya korneanın bir parçası olup olmayacağına karar vermeden önce, öncelikle bir göz hücresi olduğunu “bilmelidir”. Epigenom, hücrelerin sinyaller kaybolduktan uzun süre sonra bile geçmiş deneyimlerini hatırlamalarını sağlar.
Orijinal DNA ipliklerini şablon olarak kullanan metil kopyalama enzimleri, yeni çoğaltılmış DNA kopyalarına metil etiketleri ekler. Her bir yavru hücreye bir orijinal DNA ipliği ve bir kopyası aktarılacaktır.
Dış dünyadan gelen sinyaller epigenom aracılığıyla hücrenin gen ifadesini değiştirebilir.
Aşağıdaki aktivitede, sinyal olarak hareket ediyorsunuz. Kontrol düğmesini çevirdikçe, epigenetik etiketler gelip gidiyor ve genin şeklini değiştiriyor.
Gen üzerindeki epigenetik etiketleri değiştirdiğinizde mRNA ve protein seviyelerine ne olduğuna dikkat edin. Gen, mRNA ve protein üretimi bağlantılıdır. Birlikte değişirler.
Bunu Gerçekten Yapabilir misin?
Evet! McGill Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, GFP seviyesinin gen aktivitesini gösterdiği, buna çok benzeyen bir hücre türü tasarladılar.
Araştırmacılar GFP genini kültür kaplarında büyüyen hücrelere yerleştirdiler. Daha sonra hücrelere farklı bileşikler eklediler. Geni daha mı az mı aktif hale getirdiklerini görmek için bileşikleri eklemeden önce ve sonra hücrelerin ürettiği GFP miktarını karşılaştırdılar.
Metil etiketlerinin kaynağı olan AdoMet adlı bir bileşik GFP çıktısını azalttı. Anti-epilepsi ilacı ve ruh hali dengeleyicisi olan valproik asit GFP çıktısını artırdı. Araştırmacılar bu hücrelerden alınan GFP genlerini analiz etti ve bileşiklerin DNA’ya bağlı metil etiketlerinin sayısını değiştirdiğini doğruladı.
Bu tür hücreler, diğer biyolojik araçlarla birlikte, araştırmacıların çevreden gelen sinyallerin epigenomu nasıl şekillendirdiğini anlamalarına yardımcı oluyor.
Gen Kontrolü ve Kanser
Kanser, bir hücre anormal hale geldiğinde ve kontrolden çıkmaya başladığında gelişir. Kanser, mutasyon bir hücrenin DNA dizisini değiştirdiğinde başlayabilir. Ancak kanser hücrelerinin anormal epigenomları da vardır. Birçok kanserde, bazı genler açılır ve bazıları kapanır — genellikle aynı hücrelerde.
Kanser, epigenomdaki anormalliklerle ilişkilendirilen giderek artan sayıda hastalıktan sadece biri.
Kontrol dışı büyüme, hem hücre büyümesini yavaşlatan proteinleri kodlayan genleri kapatarak, hem de hücre büyümesini hızlandıran proteinleri kodlayan genleri açarak kansere yol açar.
Kanser hücreleri sağlıklı hücrelere göre daha düşük metilasyon seviyesine (daha aktif DNA) sahiptir. Çok az metilasyon şunlara neden olur:
Hücre büyümesini destekleyen genlerin aktivasyonu.
Kromozom instabilitesi: Yüksek derecede aktif DNA’nın kopyalanma, silinme ve başka yerlere taşınma olasılığı daha yüksektir.
Kanser hücreleri ayrıca normalden daha fazla metil içeren (daha az aktif) genlere sahip olabilir. Kanser hücrelerinde etkisizleştirilen gen tipleri:
Hücre büyümesini kontrol altında tutun
Hasarlı DNA’yı onarın
Programlanmış hücre ölümünü başlatın
Araştırmacılar, kanser hücrelerinin epigenetik profillerini değiştirebilecek ilaç tedavilerini araştırıyorlar. Epigenetik tedavilerdeki zorluklardan biri, ilaçların doğru dokulardaki doğru genlere nasıl hedefleneceğini bulmaktır.
Ölümcül nörodejeneratif bozukluğun tetikleyicisi belirlendi. için yorumlar kapalı
Araştırmacılar, Huntington hastalığında rol oynayan önemli bir enzimin keşfinin, gelecekte bu hastalığın önlenmesine yönelik tedavilerin önünü açabileceğini söylüyor.
Yeni bir araştırma, bazı beyin hücrelerinde bulunan bir enzimin Huntington hastalığının gelişiminde önemli bir rol oynayabileceğini öne sürüyor. (Görsel kaynağı: Shutterstock)
Bilim insanları, beyin hücrelerinin çürümesine neden olan nadir ve ölümcül bir hastalık olan Huntington hastalığının tetiklenmesinde önemli rol oynayabilecek bir enzim tespit etti.
Kemirgenler ve insanlar üzerinde yapılan yeni bir araştırma , Huntington semptomları başlamadan önce beyinde glutatyon S-transferaz omega 2 (GSTO2) adlı belirli bir enzimin seviyesinin arttığını gösterdi .
Çalışmanın yazarları, 28 Ekim’de dergisinde yayımlanan bu bulguların , Huntington’ın gelişmesinden önce onu önlemenin yeni yollarına işaret edebileceğini söylüyor. Gelecekteki tedaviler arasında, hastalığın ilerlemesini durdurmak veya yavaşlatmak için GSTO2’yi bloke eden ilaçlar yer alabilir.
Huntington hastalığı, huntingtin adlı bir protein için talimatlar taşıyan HTT adlı bir gendeki mutasyondan kaynaklanan kalıtsal bir hastalıktır. Bu mutant geni taşıyan bir ebeveynin, Huntington hastalığını her çocuğuna geçirme olasılığı %50’dir . Mutasyon, hücreleri çok fazla dopamin üretmeye teşvik eder – beyindeki önemli bir kimyasal haberci – ve bu da belirli nöronların bozulmasına neden olur. Bu bozulma, özellikle striatum adı verilen beyin bölümünde belirgindir ve hastalarda bilişsel ve hareketle ilgili semptomlar gelişmesine neden olur . Bunlara yürümede zorluk, istemsiz sarsıntılı hareketler ve odaklanmada sorun dahildir.
Huntington semptomları genellikle bir kişinin 30’lu ila 50’li yaşlarında ortaya çıkmaya başlar . Durum, hastanın işlev görme yeteneğini giderek bozar ve sonunda semptomlar başladıktan yaklaşık 10 ila 30 yıl sonra ölüme neden olur. Şimdiye kadar bilim insanları HTT mutasyonunun neden aşırı dopamin üretimine yol açtığını açıklayamadı. Huntington’a çare olmamasının bir nedeni de budur — mevcut ilaçlar yalnızca hasar meydana geldikten sonra semptomları hafifletmeye yardımcı olur . HTT geni aynı zamanda vücudun her yerinde aktiftir ve bu da beyindeki etkileriyle mücadele eden hedefli tedaviler geliştirmeyi zorlaştırır.
Bu fikri daha fazla araştırmak için araştırmacılar, striatum hücreleri bu temel hayatta kalma sinyallerini üretemeyen genetiği değiştirilmiş fareler yetiştirdiler. Kemirgenlerin beyinlerindeki dopamin seviyelerinin, kemirgenler erken Huntington’a benzeyen herhangi bir hareket semptomu geliştirmeden aylar önce arttığını fark ettiler.
Araştırmacılar, striatum nöronlarının gen aktivitesini ölçerek, hücrelerin hayatta kalma sinyallerini bozmanın hücrelerdeki GSTO2 miktarını artırdığını buldular. Sonuç olarak, GSTO2’deki bu artış, dopamin üretimini artıran ve farelerde ilerleyici motor işlev bozukluğuna yol açan şeydi.
Ekip, GSTO2’nin engellenmesinin tüm bu sürecin gerçekleşmesini engellediğini buldu.
Ayrı deneylerde araştırmacılar, Huntington’a benzer bir rahatsızlığı olan sıçanların beyinlerinde ve Huntington hastalarının beyin dokularında GSTO2’de benzer bir artış gördüler. Hem sıçanlar hem de insanlar GSTO2’de bu artışı gösterdiler ancak henüz rahatsızlıkların herhangi bir belirgin semptomunu geliştirmediler.
Kimyagerler son derece kararsız moleküller üretmek için 100 yıllık bir kuralı bozdu. için yorumlar kapalı
Bilim insanları 100 yıllık bir kimya kuralını bozarak anti-Bredt olefin adı verilen, 3 boyutlu, kararsız bir molekül sentezlediler.
Bilim insanları, anti-Bredt olefinlerini sentezlemek için 100 yıllık bir kimya kuralını bozdular. (Burada gösterilmemiştir.) (Görsel kredisi: shulz via Getty Images)
Bilim insanları , daha önce oluşması için çok kararsız olduğu düşünülen bir molekül sınıfını sentezlemek için 100 yıllık bir kimya kuralını bozdular.
Söz konusu moleküller, 3 boyutlu kimyasal bileşikler sınıfında belirli bağ türlerinin nerede meydana gelebileceğini tanımlayan Bredt kuralını ihlal ediyor. 1 Kasım’da Science dergisinde açıklandığı gibi , bu “anti-Bredt” moleküllerini başarıyla sentezlemek, bilim insanlarının yeni tür ilaçlar üretmesine yardımcı olabilir.
“Bir şeyin kesinlikle imkansız olduğunu söyleyen bir kural varsa, o zaman belki de onu çözmenin doğru yolunu düşünmemişsinizdir. Ve eğer bunu yaparsanız, aslında düşündüğünüz kadar zor olmayabilir,” diyor çalışmanın ilk yazarı, UCLA’da organik kimyacı olan Luca McDermott Live Science’a.
Anti-Bredt molekülleri, olefinler olarak bilinen bir bileşik sınıfına girer. Olefinler, iki karbon atomunu birbirine bağlayan en az bir çift bağa (iki çift elektrondan oluşan güçlü bir kimyasal bağ) sahiptir. Bu karbon atomlarının her biri genellikle bağlı olduğu diğer atomlarla aynı 2B düzlemde yer alır.
20. yüzyılın başlarında, Alman kimyager Julius Bredt, birbirine yapışmış iki halka şeklindeki yapıdan oluşan bir kimyasal grubu olan bisiklik moleküllerdeki çift bağları inceledi. Bu bisiklik moleküllerin şekli hakkında bir fikir edinmek için, beş kenarlı iki yapışkan notu ikiye katlayıp arka arkaya yapıştırdığınızı hayal edin. Sonuçta kabaca Y şeklinde 3 boyutlu bir yapı elde edersiniz.
Bredt’in laboratuvardaki gözlemlerine dayanan kuralı, o “Y”nin birleşim yerlerindeki karbon atomlarının — diğer adıyla köprübaşı pozisyonu — çift bağa sahip olamayacağını belirtir. Köprübaşı karbonu ve çevresindeki atomların hepsi aynı düzlemde yer almadığından, Bredt köprübaşı pozisyonuna çift bağ eklemenin molekülü var olamayacak kadar kararsız hale getireceğini öngörmüştür.
Şimdi, McDermott ve meslektaşları anti-Bredt olefinleri üretmenin bir yolunu buldular ve bu yöntemi karmaşık 3D molekülleri sentezlemek için kullandılar. Anti-Bredt olefinleri dengesiz ve oldukça reaktif olduğundan, ekip bunları yeni çalışmada doğrudan izole edemedi. Bunun yerine, anti-Bredt olefinleriyle hemen reaksiyona girebilen ve daha kararlı ürünler oluşturabilen diğer molekülleri eklediler. Bu, anti-Bredt olefinleri ve daha kararlı ürünleri üzerinde birkaç farklı varyasyonla deney yapmalarına olanak sağladı.
UCLA’da profesör ve kimyager olan çalışmanın ortak yazarı Neil Garg , Live Science’a , anti-Bredt olefinleri kullanan reaksiyonların yeni ilaç türlerinin kapılarını açabileceğini söyledi. Katı, 3 boyutlu yapıların vücuttaki proteinlerle mevcut düz tıbbi bileşiklerden daha iyi etkileşime girebileceğini öne sürdü.
Araştırmacılar, gelecekte alışılmadık yapılara sahip daha fazla bileşik sentezlemeyi ve yeni reaktiflik türlerini keşfetmeyi planladıklarını söyledi.
Garg, “100 yıl sonra [Bredt’in kuralını] sorgulayıp sınırlarını zorlayabilirsek, muhtemelen yeniden incelenmeyi bekleyen başka kurallar da vardır.” dedi.
Bilim insanları, ilk kez, bir kişinin kendi yağ hücrelerini yeniden programlayarak tip 1 diyabetin tersine çevrilmesini sağladı. için yorumlar kapalı
Bilim insanları, bir kadının yağ hücrelerini insülin üreten beta hücrelerine dönüştürerek, tip 1 diyabetini tersine çevirdi.
Pankreas hücrelerinin taramalı elektron mikroskobu görüntüsü. (Görsel kredisi: Science Photo Library – STEVE GSCHMEISSNER. Getty Images aracılığıyla)
Çin’deki bilim insanları ilk kez bir kadının yağ hücrelerini insülin üreten pankreas hücrelerine dönüştürerek tip 1 diyabetini tersine çevirdi.
Bu başarı, yeniden programlanmış kök hücrelerin bir gün kronik hastalığı tedavi etmek veya iyileştirmek için kullanılabileceğine dair artan kanıtlara katkıda bulunuyor. Son çalışmada tedavi edilen hastanın, prosedüründen bir yıl sonra bile hala herhangi bir insülin enjeksiyonuna ihtiyacı yok.
Araştırmaya katılmayan, Yale Tıp Fakültesi’nde CNH Long İmmünobiyoloji ve Tıp Profesörü olan Dr. Kevan Herold , bu bulguların “çok heyecan verici” olduğunu söyledi .
İnsülin, şeker moleküllerinin kan dolaşımından çıkıp hücrelere girmesini sağlayan ve yakıt olarak kullanılabilmelerini sağlayan kimyasal anahtardır. Ancak tip 1 diyabette bağışıklık sistemi , pankreas içindeki adacıklar adı verilen daha büyük “mini organlar” içinde yer alan vücudun insülin üreten hücrelerini yok eder.
İnsülin olmadan hücreler yakıttan mahrum kalırken kan şekeri seviyeleri yükselir. Aşırı durumlarda, vücut hücrelerin hayatta kalması için yeterli enerji üretme çabasıyla keton olarak bilinen asidik bileşikler ürettiğinden insanlar ölür.
Perşembe günü (31 Ekim) Cell dergisinde yayımlanan yeni araştırmada , bilim insanları tip 1 diyabet hastası bir hastadan yağ hücreleri aldılar ve kimyasallar kullanarak bunları “pluripotent” kök hücrelere dönüştürdüler; bu da bu hücrelerin herhangi bir hücre tipine dönüşebileceği anlamına geliyor.
Hücreleri bu duruma döndürdükten sonra, bilim insanları kimyasal olarak onları adacık hücreleri haline getirmeye ikna ettiler. Bu yeni adacık hücreleri daha sonra hastanın karnına nakledildi.
Nakilden 75 gün sonra hastanın kan şekerini kontrol etmek için insülin enjeksiyonuna ihtiyacı kalmadı.
“Hastanın diyabetin tersine dönmesi ve nakilden sonra insülin bağımsızlığına kavuşması şaşırtıcıydı,” dedi Deng. “Bu bulgu, bu tedavi stratejisinin dikkate değer bir potansiyeli olduğunu gösteriyordu.”.
Adacık hücrelerinin hastalara nakledilmesi yeni bir yaklaşım değildir. Bilim insanları otuz yıldır bağışlanan bedenlerden adacıklar topluyor ve hücreleri tip 1 diyabetli hastaların karaciğerlerine naklediyorlar. Ancak, sınırlı sayıda donör var ve nakil alıcıları, bağışıklık sistemlerini baskılamak ve yeni mini organlarının reddedilmesini önlemek için hayatlarının geri kalanında güçlü ilaçlar almak zorundalar. Sonuç olarak, yalnızca böbrek veya karaciğer nakli gibi başka nakillere ihtiyaç duyan hastalar genellikle donör adacık hücreleri alırlar.
Yeni çalışmadaki hasta bu açıdan farklı değildi. Daha önce karaciğer nakli olmuştu ve bu nedenle güçlü bağışıklık baskılayıcı ilaçlar kullanıyordu. Yine de, aldığı yeni türdeki adacık nakli bir ilerlemeyi işaret ediyor: Bağışlanan vücutlardan alınan hücrelerin aksine, kök hücreler potansiyel olarak sınırsız bir yeni adacık kaynağı sunuyor.
Deng, karına nakledilen hücrelerin karaciğere yerleştirilen hücrelerden daha iyi performans gösterdiğini ve “önemli ölçüde iyileştirilmiş insülin salgısı” gösterdiğini söyledi. Dahası, karın kolayca erişilebilir ve MRI kullanılarak taranabilir. Bu, nakledilen hücrelerin güvenlik açısından kolayca izlenebileceği ve başarısız olmaya başlarlarsa çıkarılabileceği anlamına geliyor, diye ekledi.
Yeni çalışma, kök hücrelerden türetilen adacıkların en azından bir süreliğine tip 1 diyabeti tersine çevirebileceğine dair giderek artan kanıtların bir parçasıdır. Örneğin, Vertex Pharmaceuticals embriyonik kök hücreden türetilen adacıklar geliştiriyor ve bu hücrelerin en azından şu ana kadar test edilen bir avuç hastada kan şekeri seviyelerini normalleştirebileceğini gösterdi.
Yeni kök hücre tedavisi organ reddiyle ilişkili geleneksel risklerle karşılaşmasa da, nakledilen adacıklar yine de bağışıklık sistemi tarafından yok edilmek üzere hedef alınabilir. Bu tedavinin tip 1 diyabetli daha fazla hasta için uygun olması için, bilim insanlarının güçlü bağışıklık baskılayıcılar kullanmadan kök hücre nakillerini bağışıklık sistemi için görünmez hale getirmenin bir yolunu bulmaları gerekir.
Test tüpündeki ipliksi şey DNA’dır. Ancak sadece bakarak hangi organizmadan geldiğini söyleyemezsiniz. Bunun nedeni, DNA’nın Dünya’daki her organizmada aynı görünmesidir.
Tüm canlıların DNA’sı vardır. Ve bu sizden, bir bezelye bitkisinden veya evcil farenizden gelsin, hepsi aynı moleküldür. Her organizmayı farklı kılan şey, koddaki harflerin sırasıdır.
İnsan genomu
Bir DNA ipliğindeki yapı taşlarının sırası bir “dizi” oluşturur. Bir DNA dizisini bir kitaptaki harfler gibi okuyabiliriz. Aslında, tüm insan genomunun dizisini biliyoruz – 3 milyar harfin hepsi. Bu, yaklaşık 1.000 adet 200 sayfalık kitabı doldurmaya yetecek kadar bilgi!
İnsan genomunun 3 milyar harfinde yaklaşık 21.000 gen bulunur. Bilinen genlerimizin çoğu protein kodlar, ancak bazıları RNA moleküllerini kodlar.
DNA’nız sizi eşsiz kılıyor
Tüm insanların genleri aynı düzende düzenlenmiştir. Ve DNA dizimizin %99,9’undan fazlası aynıdır. Ancak aramızdaki birkaç fark (hepsi 1,4 milyon!) her birimizi eşsiz kılmaya yeter. Ortalama olarak, bir insan geni kişiden kişiye farklılık gösteren 1-3 baza sahip olacaktır. Bu farklılıklar bir proteinin şeklini ve işlevini değiştirebilir veya ne kadar protein üretildiğini, ne zaman üretildiğini veya nerede üretildiğini değiştirebilir.
Video ve kaynağı incelemek için : Buraya tıklayabilirsin.
Epigenetik Kalıtımın ÖrnekleriEpigenetik kalıtımın bitkilerde ve mantarlarda gerçekleştiğine şüphe yok. Omurgasızlarda da epigenetik kalıtım için iyi bir gerekçe var. Birçok araştırmacı memelilerde epigenetik kalıtım olasılığına şüpheyle yaklaşsa da, bunun gerçekleşebileceğine dair bazı kanıtlar var.
Epigenom, sinyallere yanıt olarak değişir. Sinyaller hücrenin içinden, komşu hücrelerden veya dış dünyadan (çevre) gelir.
