print logo

Epigenetikk

Epigenetikk er endringer i DNA, ofte via metylering av basen cytosin i DNA eller acetylering/metylering av histoner (DNA-proteiner) som gir struktur i kromosomet, men hvor selve DNA-sekvensen ikke blir endret. Det er indikasjoner på at den genetiske endringen via epigenetikk kan bli nedarvet via kjønnscellene. Epigenetiske endringer kan ihvertfall endre genomet for individene det gjelder, og gir korttidstilpasning til det ytre miljø, men det er også indikasjoner på mer langsiktige effekter. Siden det ikke skjer endringer i nukleinsyresekvensen er endringen reversibel.  Man er usikker på i hvilken grad epigenetisk variasjon forekommer i økosystemene, og i hvilken grad epigenetikk kan gi tilpasning til et stressfylt ytre miljø. I tillegg til metylering via metyldonorer som S-adenosylmetionin og tetrahydrofolat, kan mikro-RNA (miRNA), små interfererende RNA (siRNA) og transposoner (kan endre DNA-sekvensen) kan delta. Lamarchs evolusjonshypotese var at ervervede egenskaper hos et individ kan nedarves. Etter neo-Darwinismen var det nærmest tabu å mene at ervervede egenskaper kan nedarves.

En epigenetisk endring kan arves fra celle til celle via mitose, men også fra en generasjon til den neste via meiose (reduksjonsdeling). Arvbare epigenetiske forandringer kalles paramutasjoner, men hvor det ikke skjer noen endringer i basesekvensen i DNA, bare graden av metylering. Preging er en epigenetisk forandring, som avhenger hvilket av de to allelene man arver fra sine foreldre (mor og far)  blir uttrykt, og skjer i bestemte utviklingsstadier.

DNA-metyleringen av cytosin (C)  skjer ved CpG hvor p er en fosfodiesterbinding og G er guanin, men metyleringen skjer også ved et CpNpG-sete hvor N kan være en av de fire nukleotidene. Metyleringen gir binding av enzymet DNA-metyltransferase slik at metyleringen kan bli overført til den andre DNA-tråden. En slik metylering endrer strukturen på kromatin og derved gentranskripsjonen.

Epigenetikk endrer ikke DNA-sekvensen, men kan via DNA-metylering gi genomisk preging og påvirke uttrykk av allelene (genutgavene)  til de hannlige og hunnlige gametene, såkalte paternale uttrykte gener og maternale uttrykte gener. Det er konvergent evolusjon av genetisk preging i dyr og planter. Endosperm i frøet som ernærer embryo er en funksjonell analog til placenta i pattedyr.  Epigenetiske endringer kan skje  under mikrogametogenese og makrogametogenese, og under embrogenesen når hannlige og hunnelige alleler uttrykkes etter den doble befruktningen i embryosekken. I tillegg til epigenetiske markører inneholder cellene titusenvis av små interfererende RNA (siRNA) som deltar i reguleringen av genuttrykk. I evolusjonær sammenheng kan man diskutere forelderkonfliktteori i embryogensen hvor hannen profiterer på maksimal overføring av ressurser til embryo, mens hunnen under dårlig ressurstilgang vil tjene på å redusere denne overføringen.

Metylering av baser i DNA og i histonproteiner gir ikke endringer i gensekvensen, men bare i genuttrykk og påvirker fenotypen og bidrar til fenotypeplastisitet. Eksempler på epigenetikk er vernalisering (lavtemperaturbehandling som induserer blomstring), symmetri hos blomster bl.a. lintorskemunn (Linaria vulgaris) hvor metylering av Lcyc som gir radiærsymmetrisk blomst, effekter av en herbivor eller predator som induserer forsvarsmekanismer (trikomer (hår) på blader hos planter, torner hos Daphnia, fisk med høyere rygg, pelsfarge), sult i graviditetsperioden kan påvirke fettlagringsegenskaper hos avkommet, bier og dronninggele, og samt atferd hos rotter (rolig eller nervøst gemytt). Man kan også finne epigenetiske endringer i enkeltceller som vokser i cellekultur (somaklonal variasjon).

Metyleringen av cytosin (C) skjer vanligst i kombinasjonen CG eller CXG hvor X kan være en av de andre nukleotidene, bortsett fra guanin (G). Metylering er katalysert av metyltransferaser, og metylgruppen kan bl.a. komme fra S-adenosyl-methionin. DNA demetylering er katalysert av glykosylaser hvor metylcytosin omdannes tilbake til vanlig cytosin. Histoner er proteiner som pakker DNA i nukleosomer. Histonene har en hale med ca. 40 aminosyrer som stikker ut fra nukleosomet og som kan bli endret via metylering av aminosyren lysin, katalysert av histon metyltransferaser. En, to eller tre metylgrupper kan hektes på lysin. Metylering gir konformasjonsendringer i histoner og påvirker således aktiviteten til gener. Metylgruppene kan fjernes via demetylaser. En annen type endring er acetylering av histoner katalysert av histon acetyltransferase. Gener blir vanligvis aktivert etter acetyleringen og inaktivert ved fjerning av acetyl katalysert av histon deacetylase. Både metylering og deacetylering undertrykker genekspresjon  Vernalisering, lavtemperaturbehandling som induserer blomstring hos vinterettårige og toårige planter, er eksempel på epigenetiske endringer. Dette betyr at det ytre miljøet kan påvirke genomet, og har således skapt ny interesse for epigenetikk. Tidligere ble Lamarchisme som teori forkastet, men teorien har i epigenetisk sammenheng noe sannhet. Vernalisering hos høstrug og høsthvete ble studert av den herostratisk berømte Trofim Lysenko (1898-1976) som drev politisk styrt genetikk- og landbruksforskning i Sovjetunionen i Stalin-tiden helt fram til Nikita Khrusjtsjov kom til makten. Lysenko hadde ingen tro på Mendelsk genetikk og tidkrevende krysningsforsøk, men trodde at han kunne frembringe nye kornsorter ved å endre det ytre miljø. Lysenko var fullstendig ødeleggende for det genetiske fagmiljøet i Sovjetunionen. Han kritiserte Nikolai Ivanovich Vavilov (1887-1943) , noe som bidro til at Vavilov døde i fengsel under krigen. Vavilov var botaniker og genetiker, og spesielt opptatt av planteforedling og opprinnelsen til våre kulturplanter.

 Etterhvert viser det seg at epigenetiske endringer til en viss grad kan nedarves. Man begynner å spørre seg om epigenetikk kan bidra til evolusjon av arter, og hvor stabil er den epigenetiske endringen.  Planter har store genomer, ofte kan dette skyldes polyploidi, og det er ingen direkte sammenheng mellom kompleksiteten til en organisme og antall gener, jfr. genomet hos mennesket som kan ha færre gener enn en plante. Hva består kompleksiteten til en organisme i ? Svaret kan finnes i de ikke-kodende  delene av DNA,  i den store mengden repeterte sekvenser og rester av transposoner. Epigenetikk er en av forklaringsmodellene.

 

Publisert 11. jan. 2013 13:43 - Sist endret 5. des. 2014 06:52