エピジェネティクスとは、DNA の上部で行われる変更です (DNA の主要な情報を含む配列ではありません)。エピジェネティックな変化は、特定のタンパク質がいつどこで作られるかを変化させます。これらの変更の一部は、親から子に受け継がれます。
ストレスの多い状況に対する私の対応はシンプルです。自分の気持ちをよりよく理解できるようになるまで、静かな場所に座っています。ある時点で、ストレスに対処する私の方法が母の方法と非常に似ていることに気づきました。年をとるにつれて、私たちの多くは、私たちの日常の習慣が両親と似ていることに気づき始めます.これには、食習慣、運動パターン、ストレスや不安に対する感情的な反応が含まれます。
このような類似性は、エピジェネティックな要因によるものです。エピジェネティクスは、世代を超えて習慣や行動を継承するという非伝統的な前提により、過去数十年で多くの注目を集めてきました.
この用語は、遺伝子とその遺伝的役割についてほとんど知られていない 1942 年に造語されました。今日では、DNA 配列を変更することなく遺伝子の発現方法に影響を与えるメカニズムとして理解されています。エピジェネティックな要因は、特定の細胞でどの遺伝子が発現し、どの遺伝子が沈黙するかを決定します。
エピジェネティクスとは?
エピジェネティクスは、元の DNA 配列を変更せずに現れる表現型の変化を扱う科学の一分野です。表現型は、遺伝子または形質の視覚的表現です。遺伝子型とは、特定の性格または形質を担う DNA 内の遺伝子のセットです。表現型は本の表紙のようなものですが、遺伝子型は本の実際の内容です.
DNA と細胞間の相互作用。 (写真提供:Nasky/Shutterstock)
では、遺伝学とエピジェネティクスの違いは何でしょうか?遺伝学が遺伝子と遺伝子機能を扱うのに対し、エピジェネティクスは遺伝子調節に重点を置いています。文字通りの意味では、遺伝学の「上に」または「に加えて」を意味します。
私たちの体のほとんどの細胞には同じ遺伝子セットが含まれていますが、その外観と発現は異なっています。これは、その特定の細胞における遺伝子の選択的な発現と抑制によるものです。そのため、心臓の細胞は、目を構成する細胞とは非常に異なって見えます。遺伝子調節によるこの分化のメカニズムは、エピジェネティクスと呼ばれます。
エピジェネティクスはどのように機能しますか?
私たちの細胞には、DNA を構成する一連の遺伝子が含まれています。遺伝子はタンパク質を直接コードしていません。それらは、タンパク質の形成を指示するガイドラインです。体内のすべての細胞がすべての遺伝子を発現しているわけではありません。むしろ、非常に洗練されたメカニズムが遺伝子の発現を制御しています。
遺伝子に付加される「タグ」と呼ばれる特定の化合物のセットがあります。これらのタグは、特定のタンパク質を発現させるか沈黙させるかを決定します。エピジェネティクスはこの発現を制御し、同じ遺伝子セットを持っているにも関わらず、臓器が分化した細胞を持つようにします。
エピゲノム
これにより、エピゲノムという新しい用語が生まれます .エピゲノムは、個人の DNA に存在するすべての化学タグで構成されています。化学タグは元の DNA の一部ではなく、その上にのみ存在します。
エピジェネティック修飾のメカニズム。 (写真提供:Flickr)
エピジェネティックな修飾が起こるメカニズムの 1 つは、DNA メチル化です。これは、DNA へのメチル基 (CH3) の付加です。このメチル基の存在は、遺伝子からのタンパク質の産生を調節します。 DNA が文である場合、メチル基がピリオドを追加する場所を決定します。
DNA には 4 つのヌクレオチド (アデニン、グアニン、シトシン、チミン) が含まれており、DNA ヘリックス全体に分布しています。ただし、メチル基は DNA の任意のヌクレオチドにランダムに結合するだけではありません。メチル基は、グアニンヌクレオチドに先行するシトシンヌクレオチドに対して特に強い親和性を持っています。 DNA には、約 1000 ヌクレオチドの長いストレッチを含み、シトシンとグアニンの密度が高い特定の領域があります。これらは CpG アイランドと呼ばれます。これらの島は、遺伝子プロモーターとして知られるタンパク質形成のプロセスを開始する領域の中心点です。したがって、これらの島のメチル化は、タンパク質形成の停止、ひいては遺伝子発現のサイレンシングをもたらす可能性があります.
現在、DNA メチル化は、人体でエピジェネティックなプロセスが起こる唯一の方法ではありません。エピジェネティック効果を引き起こすもう 1 つの非常に興味深いメカニズムは、クロマチン修飾です。クロマチンは、ヒストンタンパク質と呼ばれるタンパク質と DNA の複雑な構造です。クロマチンは、細胞の核に収まるようにぎっしり詰まっています。クロマチン構造の変更は、遺伝子発現に影響します。
DNA はヒストンタンパク質の助けを借りてクロマチンにしっかりと詰め込まれています。クロマチン内の DNA は、強く結合している場合と緩く結合している場合があります。ゆるく結合された DNA は、タンパク質の形成をさらに助ける酵素にさらされます。
核内のクロマチン構造。 (写真提供:Mari-Leaf/Shutterstock)
輪ゴムを使って上記の概念を理解してみましょう。ねじれたラバー バンドは、クロマチンの DNA ヘリックスを適切に表しています。輪ゴムの滑らかなカーブを指で簡単になぞることができますが、ねじれに近づくと小さな不具合があります。同様に、DNA 解読酵素が DNA に沿って走ると、開鎖を簡単に読み取ることができますが、ねじれに到達すると行き詰まります。したがって、このツイストに存在するすべての遺伝子は自動的にサイレンシングされます。
さらに、エピジェネティックな変化の影響は単一の世代に限定されません。研究によると、エピジェネティックな修飾は遺伝性であり、時には環境によっても引き起こされることが示されています。
エピジェネティックな継承とは?
エピジェネティックな遺伝は、遺伝が DNA に厳密に限定されているという従来の考えに反します。世代を超えたエピジェネティックな遺伝は、DNA の基本構造に影響を与えることなく、ある世代から次の世代へエピゲノムまたはエピジェネティック マーカーを伝達することです。
精子と卵細胞が出会うと、すべての DNA が受精卵に移されます。これにはエピゲノムが含まれます。新しい生物が成人に成長する前に、再プログラミングと呼ばれるプロセスによってすべてのエピジェネティック タグが削除されます。
エピジェネティック タグの除去は、胎児が子宮内にいるときに 2 回、受胎直後に 1 回、妊娠 6 週から 18 週の間に 2 回行われます。これは、新生児が白紙の状態から始められるようにするための体の試みです.
ただし、エピジェネティックタグがそのまま引き継がれる場合もあります。これはインプリンティングと呼ばれ、いくつかのエピジェネティック マーカーが保存されます。その結果、おそらく母親のコピーまたは父親のコピーのみが後でタンパク質を形成するために使用されます.
再プログラミングの 2 番目のラウンドでは、不活性化または活性化された遺伝子の 2 つのコピーを持つことを避けるために、反復タグが削除されます。再プログラミングの第 2 段階には、古いタグの除去だけでなく、新しいエピジェネティック マーカーの追加も含まれます。
エピジェネティック マーカーの追加は、環境暴露、ストレスや食事パターンの結果としてのホルモンの不均衡によっても影響を受けます。 DNA メチル化がこれらの要因のいずれかによって影響を受ける場合、結果として遺伝子へのエピジェネティック タグの追加が影響を受けます。
DNAメチル化パターンが異なる遺伝的に同一のマウス。 (写真提供:Emma Whitelaw/Wikimedia Commons)
ワシントン州立大学で行われた研究は、ある程度明確にしています。ラットは、生殖器系に対する殺虫剤の影響を研究するために使用されました。この化学物質は、妊娠 2 週目に妊娠したラットに注射されました。ほとんどすべてのオスの子孫は、弱い精子を生成する異常な精巣を持っていました。これらのオスの子孫が後にメスの子犬と交配されたとき、孫は化学物質に直接さらされていないにもかかわらず、父親と同じ精巣欠損症を持っていました.
第 1 世代で追加された化学物質は、第 2 世代と第 3 世代の両方でも DNA メチル化パターンに影響を与えました。異常な精巣のこのエピジェネティックなタグは遺伝的であり、毒素への曝露が特定の重要なポイントで DNA のメチル化に影響を与える可能性があるという仮説を支持しています.
化学物質や毒素への環境曝露とは別に、親の個人的な経験もエピジェネティックな要因に永続的な影響を与える可能性があります.
結論
1942 年の発見以来、エピジェネティクスは世界中の研究者から強い肯定的な反応を受けてきました。ただし、実質的な証拠が不足しているため、エピジェネティクスのすべての意味を理解することは不可能です.さらに、エピジェネティックな変化は、環境への暴露と個人的な相互作用によって支配されます。曝露が変化すると、エピジェネティックな変化が逆転する可能性があります。
エピジェネティクスは、進化が起こる方法に別の視点を追加する可能性があります。エピジェネティックな遺伝により、生物は、根底にある遺伝コードを変更することなく、遺伝子発現を継続的に変更することができます。ただし、これはあくまで私の推測です。エピジェネティクスの途方もない可能性を完全に認識する前に、さらなる研究と発見を待たなければなりません!
