فهرست مطالب
در اپی‌ژنتیک به بررسی چگونگی رفتار و محیط که می‌تواند باعث تغییراتی بر نحوه عملکرد ژن‌ها میشود، می‌پردازد. برخلاف تغییرات ژنتیکی، تغییرات اپی‌ژنتیک برگشت‌پذیر هستند و توالی DNA را تغییر نمی‌دهند اما می‌تواند نحوه خواندن توالی DNA را در بدن تغییر دهد.
اپی‌ژنتیک چیست؟
تغییرات اپی‌ژنتیکی کد DNA را تغییر نمی‌دهند، اما می‌توانند بر نحوه خواندن و استفاده سلول‌ها از آن تأثیر بگذارند. این تغییرات برگشت‌پذیر بوده و می‌توانند به فرزندان به ارث برسند. مکانیسم‌های اپی‌ژنتیکی شامل تغییرات شیمیایی در DNA و پروتئین‌ها، مانند متیلاسیون و استیلاسیون است که فعالیت ژن را تنظیم می‌کند.
اپی‌ژنتیک می‌تواند توضیح دهد که چرا دوقلوهای همسان می‌توانند ویژگی‌ها و بیماری‌های متفاوتی داشته باشند یا اینکه چرا برخی از ژن‌ها فقط در بافت‌ها یا مراحل خاصی از رشد بیان می‌شوند.
همانطور که گفتیم اپی‌ژنتیک مطالعه چگونگی کنترل سلول‌ها بر فعالیت ژن بدون تغییر توالی DNA است. در زبان یونانی اپی به معنای بالا یا بالاتر است و اپی‌ژنتیک عواملی فراتر از کد ژنتیکی را توصیف می‌کند. تغییرات اپی‌ژنتیکی تغییراتی در DNA هستند که روشن یا خاموش‌شدن ژن‌ها را تنظیم می‌کنند. در مجموعه کامل DNA در یک سلول (ژنوم)، تمام تغییراتی که فعالیت (بیان) ژن ها را تنظیم می‌کنند، به عنوان اپی‌ژنوم شناخته می‌شوند.
از آنجایی که این تغییرات به تعیین روشن یا خاموش‌بودن ژن ها کمک می‌کند، بر تولید پروتئین در سلول‌ها تاثیر می‌گذارد. این تنظیم کمک می‌کند تا اطمینان حاصل شود که هر سلول فقط پروتئین‌هایی را تولید می‌کند که برای عملکرد خود نیاز دارد. تأثیرات محیطی، مانند رژیم غذایی فرد و قرارگرفتن در معرض آلاینده‌ها، می‌تواند بر اپی‌ژنوم تأثیر بگذارد. تغییرات اپی‌ژنتیکی را می‌توان از سلولی به سلول دیگر با تقسیم سلولی حفظ کرد و در برخی موارد می‌تواند در طول نسل ها به ارث برسد.
همچنین بخوانید:کدهای اپی ژنتیکی هموستازی میتوکندریایی
کاربرد اپی‌ژنتیک
- بیماری‌های مزمن: تحقیقات اپی‌ژنتیک در بیماری‌های مزمن مانند سرطان، بیماری‌های قلبی، بیماری‌های عصبی و بیماری‌های ایمنی مورد توجه قرار گرفته است. در این تحقیقات، تغییراتی که روی ژن‌ها ایجاد می‌شوند، بررسی می‌شوند. با شناسایی این تغییرات، می‌توان به شناسایی فاکتورهای خطر و شیوع این بیماری‌ها کمک کرد و باعث بهبود درمان و پیشگیری از آن‌ها شد.
- تحقیقات تکاملی: اپی‌ژنتیک در تحقیقات تکاملی نقش مهمی دارد. با بررسی این تغییرات در گونه‌های مختلف، می‌توان به درک بهتری از تکامل گونه‌ها کمک کرد. همچنین، اپی‌ژنتیک می‌تواند در شناسایی پدیده‌های تکاملی مانند انتقال تجربه به نسل بعدی و ارث‌برداری غیرژنتیکی نیز مفید باشد.
- بهبود درمان‌های فعلی: شناخت تغییرات اپی‌ژنتیکی در بیماری‌ها، به پژوهشگران و پزشکان امکان می‌دهد که درمان‌های بهتری را طراحی کنند. به عنوان مثال، درمان سرطان با آگونیست‌های هیستون دی‌استیلاز (HDAC) و مهارکننده‌های دمتیلاز (DNMT) برای کاهش اندازه تومورها و بهبود بیماری مفید است.
- پژوهش‌های علمی: اپی‌ژنتیک در تحقیقات علمی مفید است. با بررسی این تغییرات در سلول‌ها، می‌توان به درک عملکرد سلولی و فرایندهای بیولوژیکی کمک کرد. همچنین، این تحقیقات می‌توانند به درک بهتری از پدیده‌هایی مانند تمایل به اعتیاد و تفاوت‌های جنسیتی کمک کنند.
- تحقیقات پیشگیرانه: تحقیقات اپی‌ژنتیک در برخی زمینه‌ها مانند پیشگیری از بیماری‌های مزمن می‌تواند مفید باشد. با شناسایی تغییرات اپی‌ژنتیکی که با بیماری‌ها مرتبط هستند، می‌توان در طراحی برنامه‌های پیشگیری و تغییر سبک زندگی که می‌توانند کاهش خطر ابتلا به بیماری‌های مزمن را داشته باشند، مفید باشد.
- تحقیقات امراض روانی: تحقیقات اپی‌ژنتیک در زمینه امراض روانی مانند افسردگی و اضطراب نیز مورد توجه قرار گرفته است. با بررسی تغییراتی که با این بیماری‌ها مرتبط هستند، می‌توان به شناسایی عوامل خطر و بهترین روش‌های درمان کمک کرد.
همچنین بخوانید:بیماری های ژنتیکی
اپی‌ژنتیک مولکولی
اپی‌ژنتیک به عنوان عوامل مولکولی و فرایندهای اطراف DNA تعریف میشود که فعالیت ژنوم را مستقل از توالی DNA تنظیم می‌کند و از نظر تقسیم میتوزی یا میوزی پایدار هستند.
این فرایندهای مولکولی که بر جریان اطلاعات بین یک توالی DNA ثابت و الگوهای بیان ژن متغیر تأثیر می‌گذارد که شامل بررسی سازمان‌دهی هسته‌ای، متیلاسیون DNA، اصلاح هیستون و “microRNA” میشود.
انواع تغییرات اپی‌ژنتیک عبارتند از:
- متیلاسیون DNA
متیلاسیون DNA یعنی افزودن یک گروه شیمیایی به DNA. به طور معمول، این گروه به مکان‌های خاصی روی DNA اضافه میشود، جایی که پروتئین‌های متصل به DNA را برای خواندن ژن مسدود یا متوقف می‌کند. این گروه شیمیایی را می‌توان از طریق فرایندی به نام دی‌متیلاسیون حذف کرد. متیلاسیون ژن‌ها را خاموش و دمتیلاسیون ژن‌ها را روشن می‌کند.
- اصلاح هیستون
رشته‌های DNA به دور پروتئین‌هایی به نام هیستون می‌پیچند. هنگامی که هیستون‌ها به طور محکم در کنار هم قرار می‌گیرند، پروتئین‌هایی که ژن را می‌خوانند، نمی‌توانند به راحتی به DNA دسترسی پیدا کنند، بنابراین ژن خاموش میشود.
وقتی هیستون‌ها آزادتر بسته‌بندی می‌شوند، DNA بیشتری در معرض یک هیستون قرار می‌گیرد یا به دور هیستون پیچیده نمی‌شود و پروتئین‌هایی که ژن را می‌خوانند به راحتی به DNA دسترسی پیدا کنند، بنابراین ژن روشن میشود. گروه‌های شیمیایی را می‌توان به هیستون‌ها اضافه یا حذف کرد تا هیستون‌ها فشرده‌تر یا شل‌تر شوند و ژن‌ها را خاموش یا روشن کنند.
- RNA غیرکدکننده
رشته‌های DNA دستورالعمل ساختن RNA کدکننده و غیرکدکننده را صادر می‌کنند. RNA کدکننده برای ساخت پروتئین استفاده میشود. RNA غیرکدکننده با پروتئین‌های خاص به RNA کدکننده متصل میشود و با تجزیه RNA کدکننده، جلوی روند ساخت پروتئین را می‌گیرد و بیان ژن را کنترل می‌کند.
فرق اپی‌ژنتیک و ژنتیک
ژنتیک در واقع مطالعه ژن‌ها که همان واحدهای کد ژنتیکی یک فرد است که از DNA ساخته شده‌اند و مطالعه ویژگی‌هایی است که بر آن‌ها تأثیر می‌گذارند. اپی‌ژنتیک تغییرات فیزیکی است که بر نحوه بیان ژن‌ها تأثیر می‌گذارد؛ برای مثال، آیا یک ژن خاص فعال است یا نه، بنابراین آیا پروتئین‌های خاصی تولید می شوند یا خیر.
وراثت اپی‌ژنتیک
وراثت اپی‌ژنتیک به انتقال تغییرات اپی‌ژنتیکی از والدین به فرزندان اشاره دارد. این تغییرات می‌تواند بیان ژن را تنظیم کند و تاثیرات مادام‌العمر بر رشد و سلامت داشته‌باشد. درحالی که صفات ژنتیکی به آرامی از طریق جهش تصادفی و انتخاب طبیعی تغییر می‌کنند، این تغییرات می‌توانند به سرعت در پاسخ به سیگنال‌های محیطی اتفاق بیافتد و می‌تواند در بسیاری از افراد به طور همزمان رخ دهد.
برخی از محققان شواهدی یافته‌اند که حتی رفتارهای آموخته شده و پاسخ‌های فیزیولوژیکی را می‌توان به صورت اپی‌ژنتیکی به ارث برد، اما این مکانیسم‌ها هنوز درحال بررسی هستند. وراثت اپی‌ژنتیک به ارگانیسم‌ها اجازه می‌دهد تا بیان ژن را متناسب با محیط خود بدون تغییر کد DNA خود تنظیم کنند.
اپی ژنتیک و سلامت
تغییرات اپی‌ژنتیک ممکن است ناشی از عوامل مرتبط با سلامتی مانند رژیم غذایی، ورزش، سیگار کشیدن یا مصرف مواد مخدر و همچنین استرس اولیه باشد.
قبلا اشاره کرده‌ایم؛ DNA هر فرد با دستورالعمل‌‌هایی که سنتز پروتئین‌ها و سایر مولکول‌های زیستی می‌دهد، ویژگی‌های فیزیکی و روانی فرد را می‌سازد. اما نحوه این دستورالعمل‌ها تحت‌تاثیر عوامل مختلفی ممکن است تغییر کند. تغییرات شیمیایی که اینگونه برفعالیت ژن اثر می‌گذارد، اپی‌ژنوم گفته میشود.
این تغییرات به‌طور طبیعی اتفاق می‌افتند و به رشد کمک می‌کند. برای مثال، سلول‌های مغز و سایر قسمت‌های بدن کار تخصصی خودشان را براساس کد ژنتیکی یکسان انجام دهند. اما اپی‌ژنوم نیز مستعد تاثیر قرارگرفتن در معرض سموم و سایر عوامل محیطی است.
به طور کلی تغییرات اپی‌ژنتیک می‌تواند به طریق مختلفی برروی سلامت تاثیر بگذارد؛
- عفونت
میکروب‌ها می‌توانند اپی‌ژنتیک را برای تضعیف سیستم ایمنی بدن تغییر دهند. این کار به زنده ماندن میکروب کمک می‌کند. برای مثال، مایکوباکتریوم توبرکلوزیس
مایکوباکتریوم توبرکلوزیس باعث ایجاد سل میشود. عفونت با این میکروب‌ها می‌تواند باعث تغییراتی در هیستون‌های برخی از سلول‌های ایمنی بدن شود که منجر به خاموش‌شدن ژن “IL-12B” میشود. (خاموش‌کردن ژن IL-12B سیستم ایمنی بدن را ضعیف می‌کند).
برخی جهش‌ها احتمال ابتلا به سرطان را افزایش می‌دهند. به همین ترتیب، برخی از این تغییرات خطر ابتلا به سرطان را افزایش می‌دهند. به عنوان مثال، داشتن جهش در ژن “BRCA1” احتمال ابتلا به سرطان سینه و سایر سرطان ها را افزایش می‌دهد.
به طور مشابه، افزایش متیلاسیون DNA که منجر به کاهش بیان ژن BRCA1 میشود، خطر ابتلا به سرطان سینه و سایر سرطان‌ها را افزایش می‌دهد. در حالی که سلول‌های سرطانی متیلاسیون DNA را در ژن‌های خاص افزایش می‌دهند، سطح متیلاسیون DNA کلی در سلول‌های سرطانی در مقایسه با سلول‌های طبیعی کمتر است.
- تغذیه در دوران بارداری
محیط و رفتار یک زن باردار در دوران بارداری، مانند اینکه آیا او غذای سالم می‌خورد، می‌تواند اپی‌ژنتیک کودک را تغییر دهد. برخی از این تغییرات ممکن است برای چندین دهه باقی بمانند و ممکن است احتمال ابتلای کودک به برخی بیماری‌ها را افزایش دهند.
افرادی که مادرانشان در طول قحطی باردار بودند، بیشتر در معرض ابتلا به بیماری‌های خاصی مانند بیماری قلبی، اسکیزوفرنی و دیابت نوع 2 بودند. حدود 60سال پس از قحطی، محققان سطوح متیلاسیون را در افرادی که مادرانشان در طول قحطی حامله بودند، بررسی کردند. این افراد در مقایسه با خواهر و برادر خود که قبل از تولد در معرض قحطی نبودند، متیلاسیون در برخی از ژن‌ها افزایش و متیلاسیون در ژن‌های دیگر کاهش یافت.
ساعت اپی‌ژنتیک چیست؟
ساعت اپی‌ژنتیک چیزی است که محققان آن را اندازه‌گیری تغییرات اپی‌ژنتیکی می‌نامند که با افزایش سن مطابقت دارد که نشان‌دهنده سطح متیلاسیون DNA در سلول‌های فرد است، نه تنها با سن عددی مرتبط است. تحقیقات همچنین نشان می‌دهد که این اندازه‌گیری پیش‌بینی‌کننده امید به زندگی است.
بنابراین، این تغییرات نشانگر سن بیولوژیکی، یا میزان پیشرفت فرایندهای بیولوژیکی مرتبط با سن در بدن فرد (به جای تعداد سال‌هایی که فرد زندگی کرده است)
چشم‌انداز اپی‌ژنتیک
داروهای اپی‌ژنتیک، در درمان ترکیبی با شیمی‌درمانی و پرتودرمانی بهترین عملکرد را دارند. این داروها همراه با پرتودرمانی باعث آسیب DNA و آپوپتوز سلولی می‌شوند. مهارکننده‌های هیستون داستیلاز با تقویت سیگنال آسیب DNA و مهار ترمیم شکست DNA دو رشته‌ای، سلول‌های سرطانی را به پرتودرمانی حساس می‌کنند. در ترکیب با داروهای هدف مولکولی، داروهای اپی‌ژنتیک به طور قابل توجهی در ارتقاء اثرات ضدسرطانی خود موثرتر بودند.
اپی‌ژنوم شامل مجموعه پیچیده‌ای از فرایندهای سلولی است که بر فعالیت ژنومی را کنترل می‌کند. توضیح این پیچیدگی مستلزم توسعه ابزارهایی است که قادر به دستکاری خاص این فرایندها هستند. استفاده مجدد از سیستم‌های”CRISPR” پروکاریوتی امکان توسعه فناوری‌های متنوعی را برای مهندسی اپی‌ژنوم فراهم کرده است. با بهینه‌سازی آینده، ویرایش اپی‌ژنومیک مبتنی بر CRISPR به عنوان مجموعه‌ای از ابزارهای قدرتمند برای درک و کنترل عملکرد بیولوژیکی است.
همچنین بخوانید:تکنیک کریسپر (CRISPR) چیست؟
مترجم: مهرشید موسویون
