ویدیو های آموزشی، ژنتیک مولکولی
مبانی اپی ژنتیک-دوبله ژنیران
با تماشای این ویدیو، شما باید بتوانید: بتوانید نقشی را که اپی ژنتیک در هویت بخشی به بافت و پیشرفت بیماری ها بازی می کند، به خوبی توضیح دهید. کروماتین فعال و مهار شده را بتوانید از هم تشخیص دهید. برخی از آنزیم ها را که در تغییر دم های هیستونی نقش دارند، به خوبی تشخیص دهید. تأثیرات اصلاحات هیستونی را که بر روی بیان ژن تأثیر می گذارند به خوبی توضیح دهید. توضیح دهید که ترکیبات شیمیایی نشان دار یکسان که بر روی دم هیستونی قرار می گیرند، چگونه می توانند بسته بر محتوای نشانشان دو اتفاق کاملا متفاوت از هم را سیگنال دهی کنند.
مسیر های اپی ژنتیکی فعالیت ژن ها را بدون تغییر توالی اولیه نوکلئوتید های DNA به شیوه قابل برگشت تنظیم می کنند. با روشن و خاموش کردن ژن ها اپی ژنتیک مشخص می کند کدام ژن ها باید بیان شوند و این الگو های بیانی در تقسیم سلولی از بین نرفته و به همان شکل باقی می مانند. زمانی که میلیون ها سلول مختص بافت های مختلف تقسیم می شوند، اپی ژنتیک است که هویت سلول ها را مشخص می کند. برای مثال زمانی که سلول های پوست شما تقسیم می شوند، به همان شکل سلول های پوستی باقی می مانند.
حالت یک بافت با وضعیت روشن و یا خاموش ژن ها کنترل می شود. در نتیجه تضمین می کند زمانی که یک سلول پوستی تقسیم می شود، با همان هویت باقی مانده و مثلا به سلول مو و یا استخوانی تبدیل نمی شود. اکثر سلول های بافت های بدن انسان دقیقا از نظر محتوای ژنتیکی یکسان هستند. هویت یک بافت بسته با این است که کدام ژن های سلول های آن روشن و یا خاموش شده اند. بیان ژن همچنین در پیشرفت بیماری ها نقش بازی می کند. سرطان مثالی است که در آن فعالیت بیش از حد یا خیلی کم اپی ژنتیک، می تواند مشکل ساز باشد.
برای مثال به هم خوردن تنظیمات اپی ژنتیکی می تواند منجر به مهار ژن های سرکوب کننده توموری و یا فعال شدن انکوژن ها گردد. هر دو این اتفاق ها بستگی به شروع و پیشرفت سرطان دارد. حال به بررسی پروسه روشن و خاموش شدن ژن ها می پردازیم. طبیعتا این اتفاقات با DNA شروع می شود که DNA نگهدارنده تمامی اطلاعات ژنتیکی مورد نیاز برای ساخت یک موجود زنده کامل می باشد و درون هر سلول به شکل مجزا قرار گرفته است. درون سلول ها، DNA دور پروتئین هایی به نام هیستون پیچیده و کروماتین ها را تشکیل می دهد.
کروماتین نیز، هم می تواند فعال بوده و یا سرکوب شده باشد. کروماتین فعال شبیه مروارید های گردنبند، به شکل سست سازمان یافته است. این کنفورماسیون کروماتین گاهی اوقات شبیه به مهره های یک ریسمان تلقی می گردد. این کنفورماسیون باز اجازه می دهد رونویسی DNA به راحتی اتفاق بیفتد. DNA طی رونویسی و اتصال RNA پلی مراز به کروماتین، براساس توالی DNA به RNA تبدیل می شود. هرچقدر ژن بیشتر فعال باشد، RNA بیشتری تولید می شود. لذا RNA محصول یک ژن فعال می باشد.
زمانی که کروماتین سرکوب شده و یا غیر فعال گردد، جمع و جور تر شده و فشرده تر می گردد. در نتیجه زمانی که کروماتین سرکوب شود، ساخت RNA متوقف شده و عملکرد نهایی آن ژن توسط محصولاتش، خاموش می گردد. چگونه این شبکه پیچیده تنظیم ژن ها کنترل می شود؟ این جاست که مسئله اپی ژنتیک وارد بازی می شود. به یاد بیاورید که کروماتین از DNA تشکیل شده که دور پروتئین های هیستونی پیچیده است. هر یک واحد DNA شامل رشته از آن است که دور اکتامر هیستونی پیچیده و نوکلئوزوم را تشکیل می دهد.
هیستون ها دم هایی دارند که از نوکلئوزوم به سمت بیرون خارج شده است. آنزیم ها ترکیبات شیمیایی تنظیم کننده و یا مارکر ها را بر روی آمینواسید دم های هیستونی قرار می دهند و با این عمل بیان ژن ها را تنظیم می کنند. برخی از مارکر ها یک ژن را فعال کرده و برخی دیگر آن را غیرفعال می کنند. در حالی برخی دیگر از مارکر ها می توانند یک ژن را هم فعال و هم سرکوب کنند.
آنچه که باعث این اتفاق می شود، محل قرار گیری و محتوای مارکر می باشد. در حالی که 10 ها مدل از تنظیم دم های هیستونی وجود دارد، ما در این ویدیو دو مدل تنظیمی مهم را بررسی می کنیم. استیلاسیون و متیلاسیون. استیلاسیون آمینو اسید های روی هیستون ها، به طور کلی به فعالیت ژن بستگی دارد. استیلاسیون شارژ مثبت دم های هیستونی را کاهش داده و آن ها را از DNA BackBone که شارژ منفی دارد، تحت عنوان ساختار نوکلئوزوم پک شده، دور نگه می دارد. این نوع تنظیم اندکی ساختار کروماتین را بازتر می کند.
رزیجو های لایزین و آرژنین در دم های هیستونی نیز می توانند متیله شوند. متیلاسیون از استیلاسیون پیچیده تر است. همبستگی متیلاسیون به فعالیت ژنی، به محتوای محلی که مارکر قرار می گیرد بستگی دارد. برای مثال زمانی که متیلاسیون روی لایزین شماره 4 دم هیستون H3 انجام می پذیرد، عموما با فعال شدن ژن همراه است. در حالی که اگر متیلاسیون بر روی لایزین شماره 9 و یا لایزین شماره 27 دم هیستون H3 انجام شود، ژن ها عموما سرکوب می شوند.
تنظیم اپی ژنتیک با سه کلاس از پروتئین ها و یا آنزیم ها با نقش های متفاوت در سلول ولی همکاری در هم آمیخته در این پروسه به اثبات رسیده است. کلاس Reader با اتصال خود، مارکر را فعال کرده و موجب هم فعال و هم سرکوب شدن کروماتین می گردد. کلاس Writer با قرار دادن مارکر بر روی دم های هیستونی موجب فعال شدن و غیرفعال شدن کروماتین می شود. کلاس Eraser مارکر ها را از روی کروماتین ها جدا می کند. این آنزیم ها وظیفه خود را به شکل همزمان انجام می دهند.
بدین معنی که یک مارکر فعال جدا شده و همزمان با آن یک مارکر سرکوبگر متصل گردد و بالعکس. اینکه چگونه این آنزیم ها باهم هماهنگ عمل می کنند، خود یک زمینه برای تحقیق و پژوهش می باشد. چیزی که تاکنون مشخص شده است پروسه اپی ژنتیک توانایی روشن و خاموش کردن ژن ها را دارند. پروسه تنظیمی یک پروسه پویا بوده و قابل برگشت است. اینکه مارکر های سرکوبگر می توانند پس از اتصال مارکر های فعال کننده، جدا شوند و سپس تولید محصولات RNA ادامه پیدا کند، نشان دهنده برگشت پذیر بودن این پروسه می باشد.
مهم ترین چیزی که باید به آن دقت کرد، وجود مارکر های خاص بر روی دم های هیستونی هستند که موجب خاموش و روشن شدن ژن ها می شوند. کلمه روشن که از آن در این ویدیو استفاده می کنیم، به معنای آن است که RNA آن ژن تولید می شود. کلمه خاموش که از آن در این ویدیو استفاده می کنیم، به معنای آن است که هیچ RNA از آن ژن تولید نمی شود. این مارکر ها موجب ثابت نگه داشتن هویت یک بافت حتی در طول تقسیم سلولی می شود.
همچنین از صفحات زیر دیدن فرمایید:
