EPİGENOM VE EPİGENETİK NEDİR

Prof.Dr. Haydar BAĞIŞ
ADYÜ Tıp Fak. Dekan Yrd.
Tıbbi Genetik ABD Başkanı
09/06/2023

Epigenom nedir?

İnsan genomu, her bir bireyi benzersiz kılan, DNA'nın (deoksiribonükleik asit) - yaklaşık 3 milyar baz çifti - eksiksiz birleşimidir. DNA, bir hücrede çeşitli işlevleri yerine getiren proteinleri oluşturma talimatlarını içerir. Epigenom, DNA'ya bağlanabilen ve genleri açıp kapatmak, belirli hücrelerde protein üretimini kontrol etmek gibi eylemleri yönlendirebilen kimyasal bileşiklerden ve proteinlerden oluşur. Epigenomik bileşiklerin DNA'ya bağlanıp işlevini değiştirdiği söylenir. genomu "işaretledi". Bu işaretler DNA dizisini değiştirmez. Aksine, hücrelerin DNA'nın talimatlarını kullanma şeklini değiştirirler. İşaretler bazen hücreler bölünürken hücreden hücreye aktarılır. Ayrıca bir nesilden diğerine aktarılabilirler.

Epigenom ne yapar?

Bir insanın kaslarında, kemiklerinde ve beyninde farklı işlevler için özelleşmiş trilyonlarca hücre vardır ve bu hücrelerin her biri çekirdeğinde esasen aynı genomu taşır. Hücreler arasındaki farklılıklar, çeşitli hücre türlerinde farklı gen gruplarının nasıl ve ne zaman açılıp kapatıldığıyla belirlenir. Gözdeki özelleşmiş hücreler, ışığı algılayabilen proteinler yapan genleri çalıştırırken, kırmızı kan hücrelerindeki özelleşmiş hücreler oksijeni havadan vücudun geri kalanına taşıyan proteinler yapar. Epigenom, genomdaki bu değişikliklerin çoğunu kontrol eder.

Epigenomu ne oluşturur?

Epigenom, hücredeki DNA ve DNA ile ilişkili proteinlerde gen ekspresyonunu değiştiren ve kalıtsal olan (mayoz ve mitoz yoluyla) kimyasal modifikasyonlar kümesidir. Değişiklikler, doğal bir gelişim ve doku farklılaşma süreci olarak ortaya çıkar ve çevresel maruziyetlere veya hastalıklara yanıt olarak değiştirilebilir.

DNA metilasyonu adı verilen ilk işaret türü, bir genomdaki DNA'yı doğrudan etkiler. Bu süreçte proteinler, DNA molekülünün bazlarına belirli yerlerde metil grupları adı verilen kimyasal etiketler ekler. Metil grupları, DNA ve diğer proteinler arasındaki etkileşimleri etkileyerek genleri açar veya kapatır. Bu şekilde hücreler hangi genlerin açık veya kapalı olduğunu hatırlayabilirler. Histon modifikasyonu adı verilen ikinci tür işaret, DNA'yı dolaylı olarak etkiler. Hücrelerdeki DNA, DNA'nın çok uzun moleküllerinin hücre çekirdeği içindeki kromozomlara düzgün bir şekilde sarılmasını sağlayan makara benzeri yapılar oluşturan histon proteinlerinin etrafına sarılır. Proteinler, histonlara çeşitli kimyasal etiketler ekleyebilir. Hücrelerdeki diğer proteinler bu etiketleri algılayabilir ve o hücrede DNA'nın o bölgesinin kullanılması veya göz ardı edilmesi gerekip gerekmediğini belirleyebilir.

Epigenom kalıtsal mıdır?

Genom, ebeveynlerden yavrularına ve bölündüklerinde hücrelerden sonraki nesillere aktarılır. Ebeveynler genomlarını yavrularına aktardığında epigenomun çoğu sıfırlanır; ancak bazı durumlarda yumurta ve spermin DNA'sı ve histonları üzerindeki bazı kimyasal etiketler bir sonraki nesle aktarılabilir. Hücreler bölündüğünde, genellikle epigenomun büyük bir kısmı yeni nesil hücrelere aktarılır ve hücrelerin özel kalmasına yardımcı olur.

Genomik Baskı nedir?

İnsan genomu, biri anneden, diğeri babadan kalıtılan her genin iki kopyasını içerir. Az sayıda gen için, yalnızca anneden gelen kopya devreye girer; diğerleri için yalnızca babadan alınan kopya açıktır. Bu modele baskı denir. Epigenom, damgalanmış bir genin iki kopyasını birbirinden ayırır ve hangisinin açık olduğunu belirler. Bazı hastalıklara anormal damgalama neden olur. Bunlar, vücudun aşırı büyümesi ve artan kanser riski ile ilişkili bir hastalık olan Beckwith-Wiedemann sendromunu; Obeziteye yol açan zayıf kas tonusu ve sürekli açlık ile ilişkili Prader-Willi sendromu; ve zihinsel engelliliğe ve ayrıca hareket güçlüğüne yol açan Angelman sendromu.

Epigenom değişebilir mi?

Vücuttaki tüm hücreler temelde aynı genomu içermesine rağmen, DNA ve histonlar üzerindeki kimyasal etiketlerle işaretlenmiş DNA, hücreler özelleştiğinde yeniden düzenlenir. Epigenom ayrıca bir kişinin yaşamı boyunca değişebilir.

Epigenomdaki değişiklikler kansere nasıl katkıda bulunur?

Kanserlere genom, epigenom veya her ikisindeki değişiklikler neden olur. Epigenomdaki değişiklikler, hücre büyümesinde veya bağışıklık tepkisinde yer alan genleri açıp kapatabilir. Bu değişiklikler kontrolsüz büyümeye, kanserin ayırt edici özelliğine veya bağışıklık sisteminin tümörleri yok etmede başarısız olmasına yol açabilir.

Doktorlar, glioblastoma adı verilen bir tür beyin tümöründe, DNA'ya metil grupları ekleyerek kanser hücrelerini öldüren ilaç temozolomid ile hastaları tedavi etmede bir miktar başarı elde etti. Bazı durumlarda, metilasyonun memnuniyet verici bir ikincil etkisi vardır: temozolomide karşı koyan bir geni bloke eder. Tümörleri bu tür metillenmiş genlere sahip olan glioblastoma hastalarının temozolomide yanıt verme olasılığı, metillenmemiş genlere sahip olanlara göre çok daha fazladır.

Epigenomdaki değişiklikler ayrıca mide kanseri, kolon kanseri ve en yaygın böbrek kanseri türünde büyümeyi teşvik eden genleri aktive edebilir. Diğer bazı kanserlerde, normalde hücre büyümesini kontrol altında tutmaya yarayan epigenom susturma genlerindeki değişiklikler.

Ulusal Sağlık Enstitüleri (NIH) tarafından desteklenen Kanser Genom Atlası (TCGA) Ağı'ndaki araştırmacılar, kansere yol açabilecek olası epigenomik değişikliklerin tam bir listesini derlemek için normal hücrelerin genomlarını ve epigenomlarını karşılaştırıyorlar. kanser hücrelerinin. Diğer şeylerin yanı sıra, DNA dizisindeki değişiklikleri ve DNA üzerindeki metil gruplarının sayısındaki değişiklikleri ararlar. Normal bir hücreyi kanser hücresine dönüştüren tüm değişiklikleri anlamak, yeni ve daha iyi teşhis yöntemleri geliştirme çabalarını hızlandıracaktır. kanseri tedavi etmek ve önlemek.

Araştırmacılar epigenomu nasıl keşfediyor?

Epigenomik olarak bilinen bir çalışma alanında, araştırmacılar genomu işaretleyen tüm kimyasal etiketlerin yerlerini çizmeye ve işlevlerini anlamaya çalışıyorlar.

Yakın zamana kadar bilim adamları, insan hastalıklarının esas olarak DNA dizisindeki değişikliklerden, bakteri ve virüsler gibi bulaşıcı ajanlardan veya çevresel ajanlardan kaynaklandığını düşünüyorlardı. Ancak şimdi araştırmacılar, epigenomdaki değişikliklerin de hastalığa neden olabileceğini veya hastalıktan kaynaklanabileceğini gösterdi. Bu nedenle epigenomik, insan vücudunu daha iyi anlama ve insan sağlığını iyileştirme çabalarının hayati bir parçası haline geldi. Epigenomik haritalar bir gün doktorların bir bireyin sağlık durumunu belirlemesine ve hastanın terapilere verdiği yanıtı uyarlamasına olanak sağlayabilir.

Ulusal İnsan Genomu Araştırma Enstitüsü, genomun çalışan kısımlarını kataloglamayı amaçlayan ENCODE (DNA Elementlerinin ENCyclopedia) projesinin bir parçası olarak, çeşitli hücre tiplerinin epigenomik haritalarını yapmak için araştırmacılara fon sağlıyor. Diğer NIH destekli araştırmacılar, çeşitli insan organlarından ve dokularından bir dizi epigenomik harita geliştirdiler. Bu NIH projeleri, epigenomiklerin hastalığın daha iyi önlenmesine, teşhisine ve tedavisine nasıl yol açabileceğini anlamaya yönelik uluslararası bir çabanın parçasıdır.

Kaynak: 
https://www.genome.gov/about-genomics/Epigenomics-Fact-Sheet