أظهر اثنان من التوائم الذكورية المتطابقة وراثيا، والتي نشأت في نفس البيئة، وظائف عصبية مختلفة تماما. يحمل كلا التوأمين نفس الطفرة في جين الحثل الكظري والبيضوي المرتبط بالصبغي X (ALD)، ولكن كان أحدهما يعاني من العمى، ومشاكل في التوازن، وفقدان المايلين في الدماغ - وهي سمات نموذجية للمرض العصبي التقدمي والمميت، فكيف بقي التوأم الثاني صحيح. كان الاستنتاج الذي توصل إليه الباحثون الذين أبلغوا عن هذا الموقف هو أن "العوامل غير الجينية قد تكون مهمة بالنسبة للأنماط الظاهرية المختلفة لـ ADL" (Korenke et al.، 1996). بالنسبة لعام 1996، كان هذا استنتاجًا مهمًا جدًا حقًا، نظرًا لأن اهتمام علم الوراثة الخلوية الطبي كان يركز على تسلسل نيوكليوتيدات الحمض النووي. إذا لم يكن من الممكن تفسير الاختلافات المظهرية من خلال تسلسل نيوكليوتيدات الحمض النووي، فيمكن تفسيرها من خلال عوامل خارجية. على غرار التوائم المتماثلة المتنافرة مع ALD، وجد أن العديد من التوائم المتماثلة غير متوافقة مع مرض انفصام الشخصية، على الرغم من الظروف البيئية المماثلة التي نشأوا فيها (Petronis، 2004). لحسن الحظ، ركزت الأبحاث على مدى العقد الماضي الاهتمام بشكل قاطع على التغيرات اللاجينية (تعديلات المعلومات الوراثية التي لا تؤثر على تسلسل النيوكليوتيدات في الحمض النووي) كتفسير محتمل للأنماط الظاهرية المتنافرة في التوائم المتطابقة وفي الأفراد الذين، لسبب أو لآخر، ، لها تغييرات متطابقة في تسلسل الحمض النووي (دينيس، 2003؛ فراغا وآخرون، 2005).

تتحكم التعديلات اللاجينية في أنماط التعبير الجيني في الخلية. وتكون هذه التعديلات مستقرة وقابلة للوراثة، بحيث أن خلية الكبد الأم، بعد انقسامها، ستؤدي بالتأكيد إلى ظهور خلايا كبد أخرى. في حالة الخلايا غير المنقسمة مثل الخلايا العصبية، فإن تكيف مناطق الكروموسومات من خلال تعديلات الكروماتين يوفر آلية للحفاظ على المعلومات اللاجينية وربما يتوسط الاستجابات العصبية القابلة للتكاثر لمحفزات محددة. يتم إنشاء النمط اللاجيني (الحالة اللاجينية للموضع الجينومي) بناءً على وجود أو عدم وجود مثيلة الحمض النووي، وتعديلات الكروماتين، والأنشطة المتنوعة للـ RNA غير المشفرة التي تتطلب مزيدًا من التوضيح.

في الثدييات، تحدث مثيلة الحمض النووي، وهي الإشارة اللاجينية الأفضل دراسة، في الغالب عند الكربون 5 من ثنائي النوكليوتيدات CpG المتناظرة. يتم الحفاظ على حالة مثيلة الحمض النووي بعد انقسام الخلايا من خلال نشاط ميثيل ترانسفيراز الحمض النووي 1، الذي يقوم بميثيل ثنائي النوكليوتيدات CpG الهيمي ميثيل في الخلايا الوليدة. تتضمن تعديلات الكروماتين تعديلات تساهمية بعد الترجمة لذيول هيستون الطرفية الأمينية البارزة عن طريق إضافة الأسيتيل أو الميثيل أو الفوسفات أو اليوبيكويتين أو مجموعات أخرى. يمكن أن تكون تعديلات الميثيل أحادية أو ثنائية أو ثلاثية الميثيل. تشكل هذه التعديلات "رمز هيستون" محتمل يكمن وراء بنية الكروماتين المحددة، والتي تؤثر بدورها على التعبير عن الجينات المجاورة. نظرًا لأن الكروماتين يتكون من خيوط الحمض النووي المتراصة بإحكام والملتفة حول الهستونات، فإن نمط طي الحمض النووي إلى الكروماتين يكمن بلا شك في التغيرات في نشاط الجينات. على الرغم من أن رموز الهيستون وهياكل الكروماتين يمكن أن تنتقل بشكل ثابت من الخلايا الأم إلى الخلايا الابنة، إلا أن الآليات الكامنة وراء تكرار هذه الهياكل ليست مفهومة تمامًا. يُظهر النمط اللاجيني اللدونة أثناء التطور الجنيني وبعد الولادة، اعتمادًا على العوامل البيئية وتجارب الحياة (انظر أدناه "تفاعل علم الوراثة اللاجينية والبيئة")؛ وبالتالي، ليس من المستغرب أن الأنماط الجينية قد تساهم ليس فقط في اضطرابات التطور الجنيني البشري، ولكن أيضًا في أمراض ما بعد الولادة وحتى أمراض البالغين. هناك فئة من الجزيئات المكتشفة مؤخرًا والتي تلعب دورًا في الإشارات اللاجينية هي جزيئات الحمض النووي الريبي غير المشفرة. لسنوات عديدة، كانت فئة الحمض النووي الريبي (RNA) غير المشفر للبروتين (ncRNA) تشمل فقط الحمض النووي الريبي الناقل والريبوسوم والجسيم الضفيري. ومع ذلك، نظرًا لتوفر تسلسلات النيوكليوتيدات لجينومات العديد من الكائنات الحية المختلفة، وكذلك بفضل الدراسات الوراثية الجزيئية عبر الأنواع (من الإشريكية القولونية إلى البشر)، فقد توسعت قائمة ncRNAs، مما أدى إلى تحديد مئات من ncRNAs الصغيرة، بما في ذلك الحمض النووي الريبي النووي الصغير (RNA النووي الصغير - snoRNA)، microRNA (micro RNA - miRNA)، RNA قصير التداخل (RNA متداخل قصير - siRNA) والحمض النووي الريبي الصغير المزدوج الذين تقطعت بهم السبل. تنظم بعض جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) الصغيرة تعديلات الكروماتين، والبصمة، ومثيلة الحمض النووي، وإسكات النسخ، والتي تمت مناقشتها بالتفصيل في فصل "تجميع الحمض النووي الريبي (RNAi) والتجميع الهيتروكروماتين".

أول دليل قاطع على الدور الذي يلعبه علم الوراثة اللاجينية في الأمراض البشرية جاء مع فهم البصمة الجينية واكتشاف أن بعض الجينات يتم تنظيمها بواسطة هذه الآلية (ريك، 1989). البصمة الجينومية هي شكل من أشكال التنظيم اللاجيني حيث يعتمد التعبير عن الجين على ما إذا كان الجين موروثًا من الأم أو الأب. وهكذا، في موضع ثنائي الصيغة الصبغية مطبوع هناك تعبير غير متكافئ للأليلات الأمومية والأبوية. في كل جيل، يجب مسح علامات البصمة الخاصة بالوالدين، و"إعادة ضبطها" وصيانتها، مما يجعل مواقع البصمة عرضة لأي نوع من الأخطاء التي قد تحدث أثناء هذه العملية. مثل هذه الأخطاء، وكذلك الطفرات في الجينات التي تشفر البروتينات التي تشارك في مثيلة الحمض النووي، والارتباط بالحمض النووي الميثلي، وتعديلات الهيستون، كلها تساهم في فئة سريعة النمو من الاضطرابات التي تؤثر على

علم الوراثة اللاجينية هو فرع جديد نسبيًا من علم الوراثة يُطلق عليه أحد أهم الاكتشافات البيولوجية منذ اكتشاف الحمض النووي. كان من المعتاد أن مجموعة الجينات التي نولد بها تحدد حياتنا بشكل لا رجعة فيه. ومع ذلك، فمن المعروف الآن أن الجينات يمكن تشغيلها أو إيقافها، ويمكن التعبير عنها بشكل أو بآخر تحت تأثير عوامل نمط الحياة المختلفة. سيخبرك الموقع عن علم الوراثة اللاجينية، وكيف يعمل، وما يمكنك القيام به لزيادة فرصك في الفوز بـ "يانصيب الصحة".

علم الوراثة اللاجينية: تغييرات نمط الحياة هي المفتاح لتغيير الجينات

علم الوراثة اللاجينية- العلم الذي يدرس العمليات التي تؤدي إلى تغيرات في نشاط الجينات دون تغيير تسلسل الحمض النووي. ببساطة، يدرس علم الوراثة اللاجينية تأثيرات العوامل الخارجية على نشاط الجينات.

حدد مشروع الجينوم البشري 25000 جينًا في الحمض النووي البشري. يمكن تسمية الحمض النووي بالرمز الذي يستخدمه الكائن الحي لبناء وإعادة بناء نفسه. لكن الجينات نفسها تحتاج إلى "تعليمات" تحدد من خلالها الإجراءات اللازمة ووقت تنفيذها.

التعديلات اللاجينيةوهي نفس التعليمات. هناك عدة أنواع من هذه التعديلات، ولكن النوعين الرئيسيين هما تلك التي تؤثر على مجموعات الميثيل (الكربون والهيدروجين) والهستونات (البروتينات).

لفهم كيفية عمل التعديلات، تخيل أن الجين هو مصباح كهربائي. تعمل مجموعات الميثيل كمفتاح ضوئي (أي جين)، وتعمل الهستونات كمنظم للضوء (أي أنها تنظم مستوى نشاط الجين). لذلك، يُعتقد أن لدى الإنسان أربعة ملايين من هذه المفاتيح، والتي يتم تفعيلها تحت تأثير نمط الحياة والعوامل الخارجية.

كان المفتاح لفهم تأثير العوامل الخارجية على نشاط الجينات هو مراقبة حياة التوائم المتطابقة. أظهرت الملاحظات مدى قوة التغيرات التي يمكن أن تحدث في جينات هؤلاء التوائم الذين يقودون أنماط حياة مختلفة في ظروف خارجية مختلفة. من المفترض أن يكون لدى التوائم المتماثلة أمراض "شائعة"، ولكن هذا ليس هو الحال في كثير من الأحيان: إدمان الكحول، ومرض الزهايمر، والاضطراب ثنائي القطب، والفصام، والسكري، والسرطان، ومرض كرون والتهاب المفاصل الروماتويدي يمكن أن يحدث في توأم واحد فقط، اعتمادًا على عوامل مختلفة. السبب في ذلك هو الانجراف اللاجيني- التغيرات المرتبطة بالعمر في التعبير الجيني.

أسرار علم الوراثة اللاجينية: كيف تؤثر عوامل نمط الحياة على الجينات

أظهرت الأبحاث في علم الوراثة اللاجينية أن 5% فقط من الطفرات الجينية المرتبطة بالأمراض تكون حتمية تمامًا؛ ويمكن أن تتأثر نسبة 95% المتبقية من خلال التغذية والسلوك والعوامل البيئية الأخرى. يتيح لك برنامج نمط الحياة الصحي تغيير نشاط 4000 إلى 5000 جينة مختلفة.

نحن لسنا مجرد مجموع الجينات التي ولدنا بها. فالشخص هو المستخدم، وهو الذي يتحكم في جيناته. في الوقت نفسه، ليس من المهم جدًا ما أعطته لك الطبيعة "الخرائط الجينية" - ما يهم هو ما تفعله بها.

لا يزال علم الوراثة اللاجينية في بداياته ولا يزال هناك الكثير مما يجب تعلمه، ولكن المعرفة موجودة حول عوامل نمط الحياة الرئيسية التي تؤثر على التعبير الجيني.

1. التغذية والنوم وممارسة الرياضة

ليس من المستغرب أن تؤثر التغذية على حالة الحمض النووي. يؤدي اتباع نظام غذائي غني بالكربوهيدرات المصنعة إلى تعرض الحمض النووي للهجوم من خلال ارتفاع مستويات الجلوكوز في الدم. من ناحية أخرى، يمكن عكس تلف الحمض النووي عن طريق:

• السلفورافان (الموجود في البروكلي)؛
• الكركمين (الموجود في الكركم)؛
• إيبيجالوكاتشين-3-جالات (موجود في الشاي الأخضر)؛
• ريسفيراترول (موجود في العنب والنبيذ).

وعندما يتعلق الأمر بالنوم، فإن الحرمان من النوم لمدة أسبوع واحد فقط يؤثر سلباً على نشاط أكثر من 700 جينة. يتأثر التعبير الجيني (117) بشكل إيجابي بالتمرين.

1. التوتر والعلاقات وحتى الأفكار

يجادل علماء الوراثة اللاجينية بأن العوامل "المادية" مثل النظام الغذائي والنوم وممارسة الرياضة ليست فقط هي التي تؤثر على الجينات. وكما تبين، فإن التوتر والعلاقات مع الناس وأفكارك هي أيضًا عوامل مهمة تؤثر على التعبير الجيني. لذا:

• التأمل يمنع التعبير عن الجينات المسببة للالتهابات، مما يساعد على مكافحة الالتهاب، أي. الحماية من مرض الزهايمر والسرطان وأمراض القلب والسكري. علاوة على ذلك، فإن تأثير هذه الممارسة يظهر بعد 8 ساعات من التدريب؛
• أظهرت 400 دراسة علمية أن التعبير عن الامتنان واللطف والتفاؤل والتقنيات المختلفة التي تشغل العقل والجسد لها تأثير إيجابي على التعبير الجيني؛
• قلة النشاط، وسوء التغذية، والمشاعر السلبية المستمرة، والسموم والعادات السيئة، وكذلك الصدمات النفسية والإجهاد تؤدي إلى تغيرات جينية سلبية.

متانة التغيرات اللاجينية ومستقبل علم الوراثة

أحد أكثر الاكتشافات إثارة وإثارة للجدل هو أن التغيرات اللاجينية تنتقل إلى الأجيال اللاحقة دون تغيير تسلسل الجينات. يعتقد الدكتور ميتشل جاينور، مؤلف كتاب مخطط العلاج الجيني: السيطرة على مصيرك الوراثي من خلال التغذية ونمط الحياة، أن التعبير الجيني موروث أيضًا.

يقول الدكتور راندي جيرتل إن علم الوراثة اللاجينية يُظهر أننا مسؤولون أيضًا عن سلامة الجينوم الخاص بنا. في السابق، كنا نعتقد أن كل شيء يعتمد على الجينات. يتيح لنا علم التخلق أن نفهم أن سلوكنا وعاداتنا يمكن أن تؤثر على التعبير الجيني لدى الأجيال القادمة.

علم الوراثة اللاجينية هو علم معقد له إمكانات هائلة. لا يزال أمام الخبراء الكثير من العمل للقيام به لتحديد العوامل البيئية التي تؤثر على جيناتنا، وكيف يمكننا (وما إذا كان) يمكننا عكس الأمراض أو الوقاية منها بأكبر قدر ممكن من الفعالية.

يقترح علم الوراثة، ولكن علم الوراثة يتصرف.

يقترح علم الوراثة، ولكن علم الوراثة يتصرف. لماذا يجب على المرأة الحامل تناول حمض الفوليك؟

لقد اندهشت دائمًا من حقيقة واحدة مثيرة للاهتمام - لماذا لا يدخن بعض الأشخاص الذين يحاولون بحماس شديد أن يعيشوا أسلوب حياة صحيًا، وينامون العدد المحدد من الساعات كل يوم، ويأكلون الأطعمة الطازجة والأكثر طبيعية، في كلمة واحدة، لا يفعلون ذلك. كل ما يحبونه كثيرًا يخبرنا الأطباء وأخصائيو التغذية أنهم في بعض الأحيان يعيشون حياة أقصر بكثير من المدخنين الشرهين أو الذين يفضلون عدم تقييد أنفسهم كثيرًا في الطعام؟ ربما الأطباء يبالغون فقط؟

ماذا يحدث؟

بيت القصيد هو أن خلايا جسمنا لديها ذاكرة، وهذه حقيقة مثبتة تماما.

تحتوي خلايانا في نواتها على نفس مجموعة الجينات - أقسام الحمض النووي التي تحمل معلومات حول البروتين أو جزيء الحمض النووي الريبي (RNA) الذي يحدد مسار تطور الكائن الحي ككل. على الرغم من أن جزيء الحمض النووي هو أطول جزيء في جسم الإنسان، والذي يحتوي على معلومات وراثية كاملة عن الفرد، إلا أنه لا تعمل جميع أقسام الحمض النووي بكفاءة متساوية. وفي كل خلية محددة، يمكن أن تعمل أجزاء مختلفة من الجزيء الكبير، وتكون معظم الجينات البشرية غير نشطة تمامًا. تمثل جينات الحمض النووي المشفرة للبروتين أقل من 2% من الجينوم البشري، لكنها تعتبر حاملة لجميع الصفات الوراثية. تلك الجينات التي تحمل معلومات أساسية عن بنية الخلية تكون نشطة طوال حياة الخلية بأكملها، ولكن عددا من الجينات الأخرى "تعمل" بشكل غير متسق، ويعتمد عملها على العديد من العوامل والمعلمات، بما في ذلك العوامل الخارجية.

هناك عدد كبير إلى حد ما من الأمراض الوراثية، من بينها أمراض الجينات - ما يسمى بالأمراض أحادية المنشأ التي تحدث عند تلف الحمض النووي على مستوى الجينات - وهي أمراض عديدة لاستقلاب الكربوهيدرات والدهون والمنشطات والبيورينات و البيريميدين، البيليروبين، المعادن، النسيج الضام، إلخ. ومن المعروف أن الاستعداد للإصابة بمرض معين غالبًا ما يكون موروثًا، لذلك لا يمكن للشخص إلا أن يكون حاملاً للطفرات في الجينات الهيكلية ولا يعاني من مرض وراثي.

نصب تذكاري بالقرب من معهد علم الخلايا وعلم الوراثة SB RAS، أكاديمغورودوك، نوفوسيبيرسك

توجد في جسم الإنسان آليات خاصة للتحكم في التعبير الجيني وتمايز الخلايا، ولا تؤثر على بنية الحمض النووي نفسه. يمكن أن توجد "المنظمات" في الجينوم أو تمثل أنظمة خاصة في الخلايا وتمارس التحكم في عمل الجينات اعتمادًا على الإشارات الخارجية والداخلية ذات الطبيعة المختلفة. مثل هذه العمليات هي من عمل علم الوراثة اللاجينية، الذي يترك بصماته حتى على علم الوراثة فائق الازدهار، وقد لا يتحقق هذا الأخير في نهاية المطاف. بمعنى آخر، يشرح علم الوراثة اللاجينية كيف يمكن للعوامل البيئية أن تؤثر على النمط الجيني عن طريق "تنشيط" أو "تعطيل" جينات مختلفة. الحائز على جائزة نوبل في علم الأحياء والطب بيتر مدور، الذي تم تضمين تعبيره المقتضب في عنوان المقال، صاغ بدقة شديدة أهمية تأثير علم الوراثة اللاجينية على النتيجة النهائية.

ما هو وماذا يؤكل؟

إن علم الوراثة اللاجينية هو علم حديث العهد: فعمره لا يتجاوز مائة عام، وهذا لا يمنعه من أن يكون أحد أكثر التخصصات الواعدة في العقد الماضي. يحظى هذا الاتجاه بشعبية كبيرة لدرجة أن الملاحظات حول الأبحاث اللاجينية ظهرت مؤخرًا في كثير من الأحيان في المجلات العلمية الجادة وفي المجلات الشهرية لمجموعة واسعة من القراء.

ظهر المصطلح نفسه في عام 1942، وقد صاغه أحد أشهر علماء الأحياء في فوجي ألبيون، كونراد وادينجتون. وهذا الرجل معروف في المقام الأول بحقيقة أنه هو الذي وضع أسس اتجاه متعدد التخصصات، أطلق عليه في عام 1993 مصطلح "بيولوجيا الأنظمة" ودمج علم الأحياء نفسه ونظرية الأنظمة المعقدة.

كونراد هال وادينغتون (1905-1975)

وفي كتاب عالم الأعصاب الألماني بيتر سبورك "القراءة بين سطور الحمض النووي" تم شرح أصل هذا المصطلح على النحو التالي - اقترح وادينجتون اسمًا يقع بين مصطلح "علم الوراثة" نفسه و"التخلق اللاجيني" والذي جاء إلينا من أعمال أرسطو - فمتى - تم تسمية عقيدة التطور الجنيني المتسلسل للكائن الحي، والذي يحدث خلاله تكوين أعضاء جديدة. مترجم من اليونانية " برنامج التحصين الموسع"تعني" فوق، فوق، فوق"، الوراثة هي مثل شيء "فوق" علم الوراثة.
في البداية، تم التعامل مع علم الوراثة اللاجينية باستخفاف شديد، والذي كان بالطبع نتيجة لأفكار غير واضحة حول كيفية تنفيذ الإشارات اللاجينية المختلفة في الجسم وما هي العواقب التي يمكن أن تؤدي إليها. في وقت نشر أعمال كونراد وادينجتون، كانت هناك تخمينات متناثرة في الهواء في العالم العلمي، ولم يكن العمود الفقري للنظرية قد تم بناؤه بعد.
وسرعان ما أصبح من الواضح أن إحدى الإشارات اللاجينية في الخلية هي مثيلة الحمض النووي، أي إضافة مجموعة الميثيل (-CH3) إلى قاعدة السيتوزين في قالب الحمض النووي. اتضح أن مثل هذا التعديل في الحمض النووي يؤدي إلى انخفاض في نشاط الجينات، لأن هذه العملية يمكن أن تؤثر على مستوى النسخ. منذ هذه اللحظة خضع علم الوراثة اللاجينية للتناسخ وتحول أخيرًا إلى فرع كامل من العلوم.
وفي ثمانينيات القرن العشرين، نُشرت أعمال أظهرت أن عملية مثيلة الحمض النووي ترتبط بكبت الجينات. ويمكن ملاحظة هذه الظاهرة في جميع حقيقيات النوى باستثناء الخميرة. اكتشف مواطنونا لاحقًا خصوصية الأنسجة والعمر لمثيلة الحمض النووي في الكائنات حقيقية النواة، وأظهروا أيضًا أن التعديل الأنزيمي للجينوم يمكن أن ينظم التعبير الجيني وتمايز الخلايا. وبعد ذلك بقليل ثبت أنه يمكن التحكم في مثيلة الحمض النووي هرمونيًا.
يقدم البروفيسور موشيه زيف (من جامعة ماكجيل، كندا) المقارنة المجازية التالية: "دعونا نتخيل الجينات الموجودة في الحمض النووي كجمل مكونة من رسائل النيوكليوتيدات الواردة من الوالدين. ومن ثم فإن عملية المثيلة تشبه وضع علامات الترقيم، والتي يمكن أن تؤثر على معنى العبارات، وتوكيد العبارات، وتقسيم الفقرات. ونتيجة لذلك، يمكن قراءة كل هذا "النص" بشكل مختلف في أعضاء مختلفة - القلب والدماغ وما إلى ذلك. وكما نعلم الآن، فإن وضع "علامات الترقيم" هذه يعتمد أيضًا على الإشارات التي نتلقاها من الخارج. ومن الواضح أن هذه الآلية تساعد على التكيف بمرونة أكبر مع الظروف المتغيرة في العالم الخارجي.
بالإضافة إلى مثيلة الحمض النووي، هناك سلسلة كاملة من الإشارات اللاجينية ذات الطبيعة المتنوعة - إزالة ميثيل الحمض النووي، ورمز هيستون (تعديل الهيستون - الأستيل، والميثيل، والفسفرة، وما إلى ذلك)، وتحديد موضع عناصر الكروماتين، والقمع النسخي والانتقالي للجينات بواسطة RNAs الصغيرة. ومن المثير للاهتمام أن بعض هذه العمليات مرتبطة ببعضها البعض وحتى مترابطة - وهذا يساعد على ممارسة السيطرة اللاجينية بشكل موثوق على الأداء الانتقائي للجينات.

دعونا نحاول فهم الأساسيات

وفقًا لوادينجتون، فإن علم الوراثة اللاجينية هو "فرع علم الأحياء الذي يدرس التفاعلات السببية بين الجينات ومنتجاتها التي تشكل النمط الظاهري". وفقًا للمفاهيم الحديثة، فإن النمط الظاهري للكائنات متعددة الخلايا هو نتيجة تفاعل عدد كبير من منتجات الجينات أثناء عملية التولد. وبالتالي، فإن النمط الجيني للكائن الحي النامي هو في الواقع النمط الجيني. يتم تنسيق عمل النمط الجيني بشكل وثيق ويحدد اتجاهًا معينًا في التطور. ومع ذلك، بالإضافة إلى هذا الاتجاه، الذي يؤدي في النهاية إلى تنفيذ الخط الرئيسي للنمط الظاهري للسكان (النمط الظاهري القياسي)، هناك "مسارات" - مسارات فرعية، بفضل الحالات المظهرية المستقرة، ولكنها مختلفة عن القاعدة أدرك. هذه هي الطريقة التي يتم بها تحقيق تعدد التباين في التولد.
من المثير للاهتمام التفكير في حقيقة أن جميع خلايا الفرد النامي تكون في البداية كاملة الفعالية - وهذا يعني أن لديهم نفس القدرة على التطور وقادرون على نشوء أي نوع من الخلايا في الجسم. مع مرور الوقت، يحدث التمايز، حيث تكتسب الخلايا خصائص ووظائف مختلفة، لتصبح خلايا عصبية، وخلايا دم حمراء، وخلايا عضلية، وما إلى ذلك. يحدث اختلاف الخصائص بسبب التعبير عن أنماط جينية مختلفة: في مراحل معينة من التطور، تتلقى الخلية إشارات خاصة، على سبيل المثال، ذات طبيعة هرمونية، والتي تنفذ "مسارًا" جينيًا أو آخر، مما يؤدي إلى التمايز الخلوي.
قدم كونراد وادينجتون استعارة ناجحة - "المشهد اللاجيني"، الذي بفضله تصبح آلية تأثير العوامل البيئية الطبيعية على تطور كائن حي حقيقي النواة واضحة. إن عملية التولد هي مجال من الاحتمالات، تمثل سلسلة من المسارات اللاجينية التي يتم من خلالها وضع الطريق في تطور الفرد من اللاقحة إلى حالة البلوغ. يوجد كل "سهل" في هذا المشهد لسبب ما - فهو يؤدي إلى تكوين نسيج أو عضو، وأحيانًا نظام كامل أو جزء من الجسم. في أعمال وادينجتون، تسمى المسارات التي تحصل على ميزة كريود، وتسمى التلال والتلال التي تفصل بين المسارات بطاردات - "طاردات". وفي الأربعينيات من القرن الماضي، لم يكن لدى العلماء أي فكرة عن النموذج الفيزيائي للجينوم، لذلك كانت افتراضات وادينغتون بمثابة ثورة حقيقية.

المشهد اللاجيني وفقا لوادينجتون

الكائن الحي النامي عبارة عن كرة يمكنها التدحرج عبر "الاختلافات" المختلفة لتطورها. تفرض التضاريس بعض القيود على مسار الكرة أثناء نزولها من التل. يمكن لعامل من البيئة الخارجية أن يؤثر على التغيير في مسار الكرة، مما يتسبب في سقوط الكرة في انخفاض أعمق ليس من السهل الخروج منه.
تعد الفجوات بين التجاويف اللاجينية نقاطًا حرجة بالنسبة للكائن الشاب، حيث تتخذ عملية التطوير أشكالًا واضحة، بما في ذلك الاعتماد على العوامل البيئية. تشير التحولات بين المنخفضات المتصلة إلى عملية التطور بين التغيرات الكبرى، وتميز منحدرات المنخفضات سرعة هذه العملية: فالمنخفضات اللطيفة هي علامة على حالات مستقرة نسبيًا، في حين أن المنحدرات الشديدة هي إشارة إلى التغيرات السريعة. علاوة على ذلك، في أماكن التحولات، تسبب العوامل الخارجية عواقب أكثر خطورة، في حين أن تأثيرها في مناطق أخرى من المشهد قد يكون ضئيلا. يكمن جمال فكرة المشهد اللاجيني في أنها توضح جيدًا أحد مبادئ التطور: يمكن تحقيق نفس النتيجة بطرق مختلفة تمامًا.

النقاط الحرجة في المشهد اللاجيني، قياسًا على الكرة: مساران محتملان

بمجرد بناء المسار اللاجيني، لم تعد الخلايا قادرة على التحرك بحرية بعيدًا عن مسار تطورها - لذلك من اللاقحة، وهي خلية "بادئة" واحدة، يتم تشكيل كائن حقيقي النواة، والذي يحتوي على مجموعة من الخلايا مختلفة تمامًا في المظهر والوظيفة . وبالتالي، فإن الوراثة اللاجينية هي وراثة أنماط التعبير الجيني.

رسم توضيحي لنظرية المشهد اللاجيني. خيارات لتطوير الأحداث

بالإضافة إلى وصف التشكل لفرد معين، فمن الممكن تمامًا الحديث عن المشهد اللاجيني للسكان، أي حول إمكانية التنبؤ بالنمط الظاهري المتحقق لسكان معينين، بما في ذلك التكرار النسبي للسمات المتغيرة المحتملة.

حمض الفوليك والحوادث غير العشوائية

إحدى التجارب الأولى الواضحة التي أظهرت أن علم الوراثة اللاجينية لديه بالفعل "استعداد" أجراها البروفيسور راندي جيرتل وباحث ما بعد الدكتوراه روبرت ووترلاند من جامعة ديوك بالولايات المتحدة الأمريكية. لقد أدخلوا جين تلوين الأغوطي في فئران المختبرات العادية. Agouti أو كما يطلق عليهم أيضًا "الأرانب الذهبية في أمريكا الجنوبية" هي جنس من الثدييات من رتبة القوارض ، تشبه في مظهرها خنازير غينيا. هذه القوارض لها فراء ذهبي، وأحيانًا بلون برتقالي. أدى الجين "الأجنبي" المدمج في جينوم الفئران إلى حقيقة أن فئران المختبر تغير لونها - أصبح فراءها أصفر. ومع ذلك، فإن جين آغوتي جلب بعض المشاكل للفئران: بعد إدخاله، اكتسبت الحيوانات وزنا زائدا، فضلا عن استعدادها للإصابة بمرض السكري والسرطان. أنتجت هذه الفئران ذرية غير صحية لها نفس الاستعدادات. وكانت الفئران ذهبية اللون.

آجوتي لطيف (Dasyprocta aguti)

ومع ذلك، تمكن المجربون من "إيقاف" الجين السيئ دون تغيير نيوكليوتيدات الحمض النووي. تم وضع إناث الفئران المعدلة وراثيا الحوامل على نظام غذائي خاص غني بحمض الفوليك، وهو مصدر لمجموعات الميثيل. ونتيجة لذلك، لم تعد الفئران المولودة ذهبية اللون، بل ملونة بشكل طبيعي.

لماذا "يعمل" حمض الفوليك؟ كلما زاد عدد مجموعات الميثيل التي يتم توفيرها من الغذاء إلى الجنين النامي، زادت الفرص المتاحة للإنزيمات لتحفيز إضافة مجموعة الميثيل إلى الحمض النووي الجنيني، مما يؤدي إلى تعطيل العمل المحتمل للجين. وعلق البروفيسور جيرتل على تجربته ونتائجها قائلاً: "يثبت علم الوراثة اللاجينية أننا مسؤولون عن سلامة الجينوم الخاص بنا. لقد اعتدنا أن نعتقد أن الجينات وحدها هي التي تحدد هويتنا. اليوم نعلم يقينًا: كل ما نقوم به، كل ما نأكله أو نشربه أو ندخنه، يؤثر على التعبير عن جيناتنا وجينات الأجيال القادمة. يقدم لنا علم الوراثة اللاجينية مفهومًا جديدًا للاختيار الحر."

البروفيسور راندي جيرتل وفئرانه المعدلة وراثيا

ولم تكن النتائج أقل إثارة للاهتمام، حيث حققها مايكل ميني من جامعة ماكجيل في مونتريال، كندا، من خلال مراقبة الفئران وهي تربي نسلها. إذا تلقت صغار الفئران باستمرار اهتمام ورعاية أمهاتهم منذ ولادتهم، فقد نشأوا هادئين في الشخصية وذكيين جدًا. على العكس من ذلك، فإن الجراء، الذين تجاهلت أمهاتهم منذ البداية ذريتهم ولم يعتنوا بهم إلا قليلاً، نشأوا خائفين وعصبيين. وكما تبين، فإن السبب يكمن في العوامل اللاجينية: رعاية الفئران الأم لأطفالها تسيطر على مثيلة الجينات المسؤولة عن الاستجابة لمستقبلات الإجهاد الكورتيزول المعبر عنها في الحصين. وفي تجربة أخرى، أجريت بعد ذلك بقليل، تم أخذ نفس العوامل في الاعتبار فيما يتعلق بالبشر. تم إجراء التجربة باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي وكان الهدف منها إثبات أي علاقة بين الرعاية المقدمة من الوالدين أثناء الطفولة وتنظيم الدماغ ككل. وتبين أن رعاية الأم تلعب دورًا رئيسيًا في هذه العملية. الشخص البالغ الذي عانى في طفولته من نقص الحب والاهتمام من والدته كان لديه قرن آمون أصغر من الشخص الذي كانت طفولته مزدهرة. الحصين، باعتباره عضوًا في الجهاز الحوفي للدماغ، متعدد الوظائف للغاية ويشبه ذاكرة الوصول العشوائي للكمبيوتر: فهو يشارك في تكوين العواطف، ويحدد قوة الذاكرة، ويشارك في عملية نقل الذاكرة قصيرة المدى في الذاكرة طويلة المدى، ويرتبط بالحفاظ على الانتباه، وهو المسؤول عن سرعة التفكير، وأيضًا، بالإضافة إلى أشياء أخرى كثيرة، يحدد استعداد الشخص لعدد من الأمراض العقلية، بما في ذلك اضطراب ما بعد الصدمة.

وقام إيريك نيستلر، أستاذ علم الأعصاب في معهد فريدمان للدماغ في مركز ماونت سيناي الطبي في نيويورك بالولايات المتحدة الأمريكية، بدراسة آليات الاكتئاب في تجارب أجريت على نفس الفئران. تم وضع الفئران الهادئة والودية في أقفاص مع أفراد عدوانيين. بعد عشرة أيام، ظهرت علامات الاكتئاب على الفئران السعيدة والمسالمة: فقدوا الاهتمام بالطعام اللذيذ، والتواصل مع الجنس الآخر، وأصبحوا مضطربين، بل إن بعضهم يأكلون باستمرار، ويكتسبون الوزن. في بعض الأحيان اتضح أن حالة الاكتئاب كانت مستقرة وأن الشفاء التام لم يكن ممكنًا إلا من خلال العلاج بمضادات الاكتئاب. أظهرت دراسة لخلايا الحمض النووي لـ "نظام المكافأة" في دماغ الفأر من التجربة أنه في حوالي 2000 جينة تغير نمط التعديل اللاجيني، وفي 1200 منها زادت درجة مثيلة الهيستون، التي تثبط نشاط الجينات. كما اتضح فيما بعد، تم العثور على تغيرات جينية مماثلة في الحمض النووي لأدمغة الأشخاص الذين ماتوا وهم في حالة اكتئاب. بالطبع، الاكتئاب في حد ذاته عملية معقدة ومتعددة العوامل، ولكن يبدو أنه يمكنه "إيقاف" الجينات الموجودة في منطقة الدماغ المرتبطة بالاستمتاع بالحياة.

لكن ليس كل الناس عرضة للاكتئاب... حدث الشيء نفسه مع الفئران - حوالي ثلث القوارض تجنبت الحالة السلبية أثناء وجودها في موقف مرهق، على الرغم من وجود المقاومة على مستوى الجينات. وبعبارة أخرى، كانت هذه الفئران تفتقر إلى التغيرات اللاجينية المميزة. ومع ذلك، في الفئران "المستمرة"، حدثت تغيرات جينية في جينات أخرى من الخلايا الموجودة في مركز "نظام المكافأة" في الدماغ. وبالتالي، من الممكن إجراء تعديل جيني بديل يؤدي وظيفة وقائية، ومقاومة الإجهاد ليست نتيجة لغياب الميل المحدد وراثيا، ولكن تأثير برنامج جيني يتم تنشيطه لحماية ومقاومة التأثيرات المؤلمة على الجسم. روح.

وقال نيسلر أيضًا في تقريره: «وجدنا أنه من بين الجينات «الوقائية» التي تم تعديلها جينيًا في الفئران المقاومة للضغط، كان الكثير منها قد استعاد نشاطه إلى طبيعته في القوارض المكتئبة التي عولجت بمضادات الاكتئاب. وهذا يعني أنه لدى الأشخاص المعرضين للاكتئاب، تعمل مضادات الاكتئاب، من بين أمور أخرى، على تحفيز برامج جينية وقائية تعمل بشكل طبيعي لدى الأفراد الأكثر مرونة. وفي هذه الحالة، ينبغي للمرء أن يبحث ليس فقط عن مضادات الاكتئاب الجديدة والأكثر قوة، ولكن أيضًا عن المواد التي تحفز أنظمة الدفاع في الجسم.

إذا كان لديك علبة سجائر في جيبك..

ليس سراً أن الخلافات الخطيرة المتعلقة بمسألة التدخين تندلع بشكل دوري في المجتمع. يحب أتباع علبة السجائر في جيوبهم أن يكرروا أن ضرر هذه العادة لم يتم إثباته، لكن علم الوراثة اللاجينية يظهر فجأة من وراء الكواليس هنا أيضًا. والحقيقة هي أن الشخص لديه جين p16 مهم يمكن أن يمنع تطور الأورام السرطانية. تظهر الأبحاث التي أجريت على مدى العقد الماضي أن بعض المواد الموجودة في دخان التبغ تتسبب في تعطيل بروتين p16، وهو ما لا يؤدي بالطبع إلى أي شيء جيد. ولكن - إليك ما هو مثير للاهتمام! - نقص البروتين المسؤول عن إنتاج البروتين p16، هو صمام توقف عملية الشيخوخة. يدعي علماء من الصين أنه من خلال إيقاف الجين بشكل صحيح وآمن للجسم، فمن الممكن تأخير عمليات فقدان العضلات وتعتيم العدسة.

في الخلية السليمة والكاملة التي تعمل بشكل طبيعي، تكون الجينات التي تؤدي إلى تكوين ورم سرطاني غير نشطة. يحدث هذا بسبب مثيلة المروجين (مواقع البدء لنسخ محدد) لهذه الجينات المسرطنة، والتي تسمى جزر CpG. في الحمض النووي، ترتبط القواعد النيتروجينية السيتوزين (C) والجوانين (G) بواسطة الفوسفور، في حين أن جزيرة واحدة يمكن أن تحتوي على ما يصل إلى عدة آلاف من القواعد، وحوالي 70٪ من المروجين لجميع الجينات لديهم هذه الجزر.

الثيمين (الأحمر), عدنين (أخضر), السيتوزين (الأزرق)، جوانين (أسود) - ناعمألعاب الأطفال

يمنع الكحول الأسيتالديهيد، وهو منتج ثانوي لمعالجة الإيثانول في جسم الإنسان، مثل بعض المواد الموجودة في التبغ، تكوين مجموعات الميثيل على الحمض النووي، والتي تعمل على تشغيل الجينات المسرطنة النائمة. ومن المعروف أن ما يصل إلى 60% من جميع الطفرات في الخلايا الجرثومية تحدث في جزر CpG، مما يعطل التنظيم اللاجيني الصحيح للجينوم. تدخل مجموعات الميثيل أجسامنا مع الطعام، لأننا لا ننتج الأحماض الأمينية الفوليك أو الميثيونين - وهي مصادر غنية بمجموعات CH3. إذا كان نظامنا الغذائي لا يحتوي على هذه الأحماض الأمينية، فإن تعطيل عمليات مثيلة الحمض النووي أمر لا مفر منه.

التطورات والخطط المستقبلية

في السنوات الأخيرة، تطور علم الوراثة اللاجينية بشكل ملحوظ في مجال التكنولوجيا. في إحدى المراجعات التي أجراها معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (الولايات المتحدة الأمريكية)، تم تصنيف علم الوراثة اللاجينية ضمن أهم عشر تقنيات يمكن أن تغير العالم في المستقبل القريب ويكون لها أكبر الأثر على البشرية.
علق موشيه زيف على الوضع الحالي قائلاً: “على النقيض من الطفرات الجينية، من المحتمل أن تكون التغيرات اللاجينية قابلة للعكس. على الأرجح لن يتمكن الجين المتحور من العودة إلى حالته الطبيعية. الحل الوحيد في هذه الحالة هو قطع أو تعطيل هذا الجين في جميع الخلايا التي تحمله. يمكن إعادة الجينات ذات نمط المثيلة المعطل، مع الجينوم المتغير، إلى وضعها الطبيعي، وبكل بساطة. توجد بالفعل أدوية لاجينية، على سبيل المثال 5-آزاسيتيدين (الاسم التجاري Vidase)، وهو نظير غير ميثيلي للسيتيدين، وهو نوكليوزيد من الحمض النووي والحمض النووي الريبي (RNA)، والذي عند دمجه في الحمض النووي، يقلل من مستوى المثيلة الخاص به. ويستخدم هذا الدواء الآن ضد متلازمة خلل التنسج النقوي، والمعروفة أيضًا باسم مقدمات سرطان الدم.

أصدرت الشركة الألمانية Epigenomics بالفعل سلسلة من اختبارات الفحص التي تسمح بتشخيص السرطان في مراحل مختلفة من تطوره بناءً على التغيرات اللاجينية في الجسم، بناءً على مثيلة الحمض النووي. تواصل الشركة أبحاثها في تطوير اختبارات الاستعداد لأنواع مختلفة من السرطان، بهدف "جعل اختبار مثيلة الحمض النووي ممارسة روتينية في المختبر السريري". وتعمل شركات أخرى أيضًا في نفس الاتجاه: Roshe Pharmaceuticals، وMethylGene، وNimbleGen، وSigma-Aldrich، وEpigentek. في عام 2003، تم إطلاق مشروع Epigenome البشري، والذي تمكن العلماء من خلاله من فك رموز مواقع مثيلة الحمض النووي المتغيرة على ثلاثة كروموسومات بشرية: 6 و20 و22.

الآليات اللاجينية المشاركة في تنظيم التعبير الجيني

أصبح من الواضح اليوم أن دراسة آليات "تشغيل وإيقاف" الجينات تمنح الطب فرصًا للتطوير أكثر بكثير من العلاج الجيني. من المخطط أن يتمكن علم الوراثة اللاجينية في المستقبل من إخبارنا عن أسباب وعمليات تطور بعض الأمراض ذات "التحيز الوراثي" - على سبيل المثال، سيساعد مرض الزهايمر ومرض كرون والسكري في دراسة الآليات التي تؤدي إلى تكوين الأورام السرطانية وتطور الاضطرابات العقلية وما إلى ذلك.

في 19 فبراير 2015، نُشرت مقالة بعنوان "تنظيم الكروماتين في الخلية الأصلية يشكل المشهد الطفري للسرطان" في مجلة Nature. اكتشف مجموعة من العلماء أن نمط الطفرات في الخلية السرطانية يرتبط ببنية الكروماتين. ماذا يعني هذا؟ الكثير من الأشياء. في كثير من الأحيان، يقوم أطباء الأورام بتطوير علاجات لأنواع معينة من الأورام، ولكنهم لا يحددون حدود الحالات الفردية بشكل جيد. إذا ارتبط كل نوع من أنواع الأورام السرطانية ببنية كروماتين متغيرة، فسيصبح من الواضح أن هذا الورم أو ذاك تطور من نوع معين من الخلايا، وهذا سيحدث ثورة كاملة في علاج السرطان. ستساعد ما يسمى بالخرائط اللاجينومية في تحديد أسباب تطور الأورام: الخلايا السرطانية "تعيش" مع طفرات موزعة في جميع أنحاء الحمض النووي للخلية.

أثناء دراسة مرض الزهايمر، اكتشف العلماء منذ فترة طويلة بعض "الاختلافات الجينية" المرتبطة بالمرض. لقد تمت دراستها بشكل سيئ نظرًا لوجودها في جزء من الجينوم لا يرمز للبروتينات. توصل عالم الأحياء مانوليس كيليس من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، الذي يدرس الخرائط اللاجينومية لأدمغة البشر والفأر، إلى استنتاج مفاده أن هذه "الاختلافات" مرتبطة بطريقة ما بجهاز المناعة. "بشكل عام، هذا ما خمنه الكثيرون في المجتمع العلمي بشكل حدسي، - يقول كيليس، - لكن لم يظهر أحد ذلك حقًا على المستوى الصحيح. يستمر البحث.

على الرغم من العدد الكبير من الأعمال المخصصة لعلم الوراثة اللاجينية، لا يزال هناك ما يكفي من الثقوب السوداء والبقع البيضاء. تهدف منظمة دولية تسمى الاتحاد الدولي للجينوم البشري (http://ihec-epigenomes.org/) إلى توفير الوصول المجاني إلى المواد اللاجينية البشرية لتعزيز البحوث الأساسية والتطبيقية في المجالات المتعلقة بعلم الوراثة اللاجينية. وتشمل الخطط تصوير أكثر من 1000 نوع من الخلايا، ودراسة التغيرات في الجينوم البشري للأشخاص الذين تم اختيارهم للاختبار على مدى عدة سنوات، مع دراسة موازية لتأثير العوامل الخارجية. "سيبقينا هذا العمل مشغولين على مدى العقود القادمة على الأقل. ليس من الصعب قراءة الجينوم فحسب، بل إن العملية نفسها تستغرق وقتًا طويلاً. - يقول مانوليس كيليس.

بالإضافة إلى ذلك، تجري حاليًا تطورات كبيرة في مجال العلاجات البديلة والفعالة للاضطرابات النفسية. لقد ثبت بالفعل أن بعض الأدوية التي تحمي مجموعات الأسيتيل من الهستونات عن طريق تعطيل الإنزيمات التي تزيل مجموعات الأسيتيل لها تأثير قوي مضاد للاكتئاب. يمكن العثور على إنزيم هيستون دياسيتيلاز، الذي يحفز عملية الإزالة، في خلايا في مناطق مختلفة من الدماغ، وفي العديد من الأنسجة والأعضاء، ولهذا السبب يكون للدواء آثار جانبية بسبب نشاطه العشوائي. يستكشف الباحثون إمكانية إنشاء مواد من شأنها قمع نشاط هيستون دياسيتيلاز فقط في الدماغ، وهو المسؤول عن الحالة العقلية للشخص ("مركز المكافأة"). لكن لا أحد يكلف نفسه عناء محاولة تحديد البروتينات الأخرى المشاركة في التعديل اللاجيني لكروماتين خلايا الدماغ، أو تحديد الجينات التي يتم تعديلها لاجينيا في الاكتئاب (على سبيل المثال، تلك المرتبطة بتخليق مستقبلات لنواقل عصبية معينة أو بروتينات الإشارة التي تشارك في تنشيط الخلايا العصبية). سيمكن مثل هذا البحث من البحث أو تصنيع الأدوية التي يمكنها تعطيل هذه الجينات المحددة أو منتجاتها.

وأخيرا

"إذن كيف نعيش الآن؟ يؤدي نمط حياة صحي؟ هل يجب أن أسجل بشكل عاجل في صالة الألعاب الرياضية وأراجع نظامي الغذائي؟ - تسأل بفارغ الصبر. يجيب بيتر سبورك، في كتابه القراءة بين سطور الحمض النووي، على هذا السؤال بشيء من الفكاهة. ويقول إنه لا ينبغي عليك فجأة وإلى الأبد أن تمحو الأمسيات التي تقضيها على الأريكة والوجبات السريعة من حياتك، لأن مثل هذا التغيير سيؤدي على الأرجح إلى التوتر، والذي يمكن أن يؤثر أيضًا على علم الوراثة اللاجينية. الشيء الرئيسي هو أن "الضرر" لا يصبح أسلوب حياة أو عادة متأصلة. يُظهر لنا علم الوراثة اللاجينية، مثل منارة في بحر الحياة العاصف، أن جسمنا يمر أحيانًا بفترات حرجة من التطور عندما تكون الجينات اللاجينية حساسة للمحفزات من البيئة الخارجية. ولهذا السبب يجب على المرأة التي تنتظر طفلاً أن تتناول حمض الفوليك بانتظام وتحمي نفسها من التوتر والمواقف السلبية.

أ. وآخرون. يشكل تنظيم الكروماتين في الخلية الأصل المشهد الطفري للسرطان. طبيعة 518، الصفحات 360-364، 19 فبراير 2015. http://الكيمياء الحيوية.com

4612 0

في السنوات الأخيرة، حولت العلوم الطبية اهتمامها على نحو متزايد من دراسة الشفرة الوراثية إلى الآليات الغامضة التي يحقق الحمض النووي من خلالها إمكاناته: فهو يحزم ويتفاعل مع البروتينات في خلايانا.

إن ما يسمى بالعوامل اللاجينية هي عوامل وراثية وقابلة للعكس وتلعب دورًا كبيرًا في الحفاظ على صحة أجيال بأكملها.

يمكن أن تؤدي التغيرات اللاجينية في الخلية إلى الإصابة بالسرطان والأمراض العصبية والعقلية واضطرابات المناعة الذاتية - وليس من المستغرب أن يجذب علم الوراثة اللاجينية انتباه الأطباء والباحثين من مختلف المجالات.

لا يكفي أن تقوم جيناتك بتشفير التسلسل الصحيح للنيوكليوتيدات. يعد التعبير عن كل جين عملية معقدة بشكل لا يصدق وتتطلب تنسيقًا مثاليًا لأعمال العديد من الجزيئات المشاركة.

يفرض علم الوراثة اللاجينية تحديات إضافية للطب والعلوم، والتي بدأنا للتو في فهمها.

تحتوي كل خلية في جسمنا (باستثناءات قليلة) على نفس الحمض النووي الذي تبرع به آباؤنا. ومع ذلك، لا يمكن لجميع أجزاء الحمض النووي أن تكون نشطة في نفس الوقت. تعمل بعض الجينات في خلايا الكبد، والبعض الآخر في خلايا الجلد، والبعض الآخر في الخلايا العصبية - ولهذا السبب تختلف خلايانا بشكل لافت للنظر عن بعضها البعض ولها تخصصها الخاص.

تضمن الآليات اللاجينية أن الخلية من نوع معين ستعمل برمز فريد لهذا النوع.

طوال حياة الإنسان، يمكن لبعض الجينات أن "تنام" أو تنشط فجأة. تتأثر هذه التغييرات الغامضة بمليارات من أحداث الحياة - مثل الانتقال إلى منطقة جديدة، أو طلاق زوجتك، أو الذهاب إلى صالة الألعاب الرياضية، أو تناول الكحوليات أو شطيرة مدللة. يمكن لجميع الأحداث في الحياة تقريبًا، كبيرة كانت أم صغيرة، أن تؤثر على نشاط جينات معينة داخلنا.

تعريف علم الوراثة

على مر السنين، تم استخدام كلمتي "التخلق" و"علم التخلق" في مجموعة متنوعة من مجالات علم الأحياء، ولم يتوصل العلماء إلى توافق في الآراء بشأن معناها النهائي إلا مؤخرًا نسبيًا. لم يتم وضع حد للارتباك مرة واحدة وإلى الأبد حتى اجتماع كولد سبرينج هاربور عام 2008 من خلال اقتراح تعريف رسمي لعلم الوراثة اللاجينية والتغيرات اللاجينية.

التغيرات اللاجينية هي تغيرات وراثية في التعبير الجيني والنمط الظاهري للخلية ولا تؤثر على تسلسل الحمض النووي نفسه. يُفهم النمط الظاهري على أنه مجموعة كاملة من خصائص الخلية (الكائن الحي) - في حالتنا، هذا هو هيكل الأنسجة العظمية، والعمليات البيوكيميائية، والذكاء والسلوك، ولون البشرة ولون العين، وما إلى ذلك.

وبطبيعة الحال، فإن النمط الظاهري للكائن الحي يعتمد على الكود الوراثي الخاص به. لكن كلما تعمق العلماء في قضايا علم الوراثة اللاجينية، أصبح من الواضح أن بعض خصائص الجسم يتم توريثها عبر الأجيال دون تغييرات في الشفرة الوراثية (الطفرات).

بالنسبة للكثيرين، كان هذا بمثابة اكتشاف: يمكن للجسم أن يتغير دون تغيير الجينات، ويمرر هذه السمات الجديدة إلى أحفاده.

لقد أثبتت الأبحاث الجينية في السنوات الأخيرة أن العوامل البيئية ــ العيش بين المدخنين، والإجهاد المستمر، وسوء التغذية ــ من الممكن أن تؤدي إلى اضطرابات خطيرة في عمل الجينات (ولكن ليس في بنيتها)، وأن هذه الاضطرابات تنتقل بسهولة إلى أجيال المستقبل. والخبر السار هو أنها قابلة للعكس، وفي بعض الأجيال N يمكن أن تتحلل دون أن تترك أثرا.

لفهم قوة علم الوراثة اللاجينية بشكل أفضل، دعونا نتخيل حياتنا كفيلم طويل.

خلايانا هي ممثلون وممثلات، والحمض النووي الخاص بنا عبارة عن نص مُعد مسبقًا حيث تعطي كل كلمة (جين) الأوامر اللازمة للممثلين. في هذا الفيلم، علم الوراثة هو المخرج. قد يكون السيناريو هو نفسه، لكن المخرج لديه القدرة على إزالة بعض المشاهد وأجزاء من الحوار. لذا، في الحياة، يقرر علم الوراثة اللاجينية ماذا وكيف ستقول كل خلية في جسمنا الضخم.

علم الوراثة والصحة

الميثيل، والتغيرات في بروتينات الهيستون أو النيوكليوزومات ("حزم الحمض النووي") يمكن أن تكون موروثة وتؤدي إلى الأمراض.

الجانب الأكثر دراسة في علم الوراثة هو المثيلة. هذه هي عملية إضافة مجموعات الميثيل (CH3-) إلى الحمض النووي.

عادة، تؤثر عملية المثيلة على نسخ الجينات - نسخ الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي (RNA)، أو الخطوة الأولى في تكرار الحمض النووي.

كانت دراسة أجريت عام 1969 هي الأولى التي أظهرت أن مثيلة الحمض النووي يمكن أن تغير الذاكرة طويلة المدى للفرد. منذ ذلك الحين، أصبح دور المثيلة في تطور العديد من الأمراض مفهومًا بشكل أفضل.

أمراض الجهاز المناعي

تخبرنا الأدلة التي تم جمعها في السنوات الأخيرة أن فقدان السيطرة اللاجينية على العمليات المناعية المعقدة يمكن أن يؤدي إلى أمراض المناعة الذاتية. وهكذا، لوحظ وجود مثيلة غير طبيعية في الخلايا الليمفاوية التائية لدى الأشخاص الذين يعانون من مرض الذئبة، وهو مرض التهابي يهاجم فيه الجهاز المناعي أعضاء وأنسجة المضيف.

علماء آخرون واثقون من أن مثيلة الحمض النووي هي السبب الحقيقي لتطور التهاب المفاصل الروماتويدي.

الأمراض العصبية النفسية

بعض الأمراض العقلية، واضطرابات طيف التوحد، والأمراض التنكسية العصبية لها مكون لاجيني. على وجه الخصوص، مع ناقلات ميثيل الحمض النووي (DNMTs)، وهي مجموعة من الإنزيمات التي تنقل مجموعة الميثيل إلى بقايا نيوكليوتيدات الحمض النووي.

لقد تم بالفعل إثبات دور مثيلة الحمض النووي في تطور مرض الزهايمر. وجدت دراسة كبيرة أنه حتى في غياب الأعراض السريرية، فإن الجينات الموجودة في الخلايا العصبية لدى المرضى المعرضين لمرض الزهايمر تتم ميثليتها بشكل مختلف عما هي عليه في الأدمغة الطبيعية.

لقد تم اقتراح النظرية حول دور المثيلة في تطور مرض التوحد لفترة طويلة. تؤكد العديد من عمليات التشريح التي تفحص أدمغة المرضى أن خلاياهم لا تحتوي على ما يكفي من البروتين MECP2 (بروتين ربط ميثيل-CpG 2). هذه مادة مهمة للغاية تربط وتنشط الجينات الميثيلية. في غياب MECP2، تضعف وظائف المخ.

أمراض الأورام

ومن المعروف بشكل موثوق أن السرطان يعتمد على الجينات. إذا كان يُعتقد حتى الثمانينيات أن الأمر يتعلق فقط بالطفرات الجينية، فإن العلماء الآن يعرفون دور العوامل اللاجينية في حدوث السرطان وتطوره، وحتى في مقاومته للعلاج.

في عام 1983، أصبح السرطان أول مرض يصيب الإنسان يرتبط بعلم الوراثة اللاجينية. ثم اكتشف العلماء أن خلايا سرطان القولون والمستقيم تحتوي على ميثيل أقل بكثير من الخلايا المعوية الطبيعية. يؤدي نقص مجموعات الميثيل إلى عدم استقرار الكروموسومات، ويبدأ تكوين الأورام. ومن ناحية أخرى، فإن وجود فائض من مجموعات الميثيل في الحمض النووي "يعطل" بعض الجينات المسؤولة عن قمع السرطان.

وبما أن التغيرات اللاجينية قابلة للعكس، فقد مهدت الأبحاث الإضافية الطريق لعلاج مبتكر للسرطان.

في مجلة "Carcinogenesis" الصادرة في أكسفورد عام 2009، كتب العلماء: "حقيقة أن التغيرات اللاجينية، على عكس الطفرات الجينية، من المحتمل أن تكون قابلة للعكس ويمكن استعادتها إلى وضعها الطبيعي، تجعل العلاج اللاجيني خيارًا واعدًا".

لا يزال علم الوراثة اللاجينية علمًا شابًا، ولكن بفضل التأثير متعدد الأوجه للتغيرات اللاجينية على الخلايا، فإن نجاحاته مذهلة بالفعل. ومن المؤسف أنه في وقت لا يتجاوز 30 إلى 40 عامًا، سيتمكن أحفادنا من إدراك مدى أهمية ذلك بالنسبة لصحة البشرية.

: ماجستير الصيدلة والمترجم الطبي المحترف