Biopolym. Cell. 2014; 30(1):3-9.
http://dx.doi.org/10.7124/bc.000873
Огляди
Що ж таке епігенетика?
1Саад Е., 2Огризько В. В.
  1. Факультет охорони здоров'я, Ліванський університет
    РО 6573/14 Badaro, Музей, Бейрут, Ліван
  2. Інститут Густава Русі
    вул. Едуарда Вальян, 114, Вільжюіф, Франція, 94805

Abstract

Епігенетика привертає увагу вчених уже декілька десятиліть, але значення вкладеного в неї сенсу постійно змінюється. Ми обговорюємо причини таких змін і пропонуємо декількя пояснювальних коментарів. Уоддингтон увів термін «епігенетика» в 1942 році для описання взаємодії генів, важливих для розвитку організму, між собою та з навколишнім середовищем. Надалі Холлідей та інші наполягали на понятті «успадковуваності» як необхідній характеристиці епігенетичних явищ. Однак диференційовані клітини зберігають свої фенотипи протягом десятиліть і при цьому не діляться, що вказує на обмеженість «успадковуваності» як критерію того, щоб певне явище розглядати як епігенетичне. «Епігенетична стабільність» запропонована як більш загальне поняття, яке означає збереження характеристик в обох клітинах: які ділять і не діляться. З іншого боку, термін «епігенетична регуляція» призводить до плутанини, оскільки його значення суттєво перекривається або навіть повністю збігається за змістом з виразом «регуляція експресії генів», тоді як «епігенетична інформація» чітко розмежовує епігенетичні і генетичні явища. І постає питання, яким чином епігенетична інформація може відтворюватися? Ми запропонували термін «epigenetic templating» для визначення механізму відтворення епігенетичної інформації, заснованого на тому, що ферменті, які ставлять певну епігенетичну мітку, віддають перевагу макромолекулярним субстратам, які вже містать подібну мітку. Нарешті ми торкаємось питання щодо ролі епігенетичної інформації. Вона потрібна не лише для альтернативних інтерпретацій генетичної інформації, але й для захисту геному, як це проілюстровано нами на прикладі бактерійних ендонуклеаз, які атакують неметильовану (тобто чужорідну) ДНК і не пошкоджують метильованої (тобто власної) ДНК.
Keywords: хроматин, спадковість, центральна догма, метилювання ДНК, генетичний перемикач, еволюція
Повний текст: (PDF, англійською)

References

[1] Gurdon JB, Elsdale TR, Fischberg M. Sexually mature individuals of Xenopus laevis from the transplantation of single somatic nuclei. Nature. 1958; 182(4627): 64-5.
[2] Takahashi K, Yamanaka S. Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors. Cell. 2006; 126(4): 663-76.
[3] Crick F. Central dogma of molecular biology. Nature. 1970; 227(5258): 561-3.
[4] Waddington CH. The epigenotype. Endeavour. 1942;1:18–20.
[5] Goldschmidt R. Gen und Ausseneigenschaft. I Zeitschr ind Abstl 1935; 69 (38-69).
[6] Waddington CH, Pantelouris EM. Transplantation of nuclei in newt's eggs. Nature. 1953; 172(4388): 1050-1.
[7] Bird AP. CpG-rich islands and the function of DNA methylation. Nature. 1986; 321(6067): 209-13.
[8] Wallrath LL, Elgin SC. Position effect variegation in Drosophila is associated with an altered chromatin structure. Genes Dev. 1995; 9(10): 1263-77.
[9] Grewal SI, Klar AJ. Chromosomal inheritance of epigenetic states in fission yeast during mitosis and meiosis. Cell. 1996; 86(1): 95-101.
[10] Mayr E. The Growth of Biological Thought: Diversity, Evolution, and Inheritance. Boston: Harvard University Press; 1982.
[11] Green CM, Almouzni G. When repair meets chromatin. First in series on chromatin dynamics. EMBO Rep. 2002; 3(1): 28-33.
[12] Ikura T, Ogryzko VV. Chromatin dynamics and DNA repair. Front Biosci. 2003; 8: s149-55.
[13] Viens A, Mechold U, Brouillard F, Gilbert C, Leclerc P, Ogryzko V. Analysis of human histone H2AZ deposition in vivo argues against its direct role in epigenetic templating mechanisms. Mol Cell Biol. 2006; 26(14): 5325-35.
[14] Ogryzko VV. Erwin Schroedinger, Francis Crick and epigenetic stability. Biol Direct. 2008; 3: 15.
[15] Lederberg J. The meaning of epigenetics The Scientist. 2001:15(18):6.
[16] Beisson J, Sonneborn TM. Cytoplasmic inheritance of the organization of the cell cortex in Paramecium aurelia. Proc Natl Acad Sci USA. 1965; 53: 275-82.
[17] Kleine Borgmann LA, Hummel H, Ulbrich MH, Graumann PL. SMC condensation centers in Bacillus subtilis are dynamic structures. J Bacteriol. 2013; 195(10): 2136-45.
[18] Kauffman SA. Metabolic stability and epigenesis in randomly constructed genetic nets. J Theor Biol. 1969; 22(3): 437-67.
[19] Fisher RA. The possible modification of the response of the wild type to recurrent mutations. Am Nat. 1928; 62(679): 115-26.
[20] Ptashne M. A Genetic Switch: Phage Lambda Revisited (3rd ed.). Cold Spring Harbor: Cold Harbor Spring Laboratory Press; 2004.
[21] Zhu XM, Yin L, Hood L, Ao P. Calculating biological behaviors of epigenetic states in the phage lambda life cycle. Funct Integr Genomics. 2004; 4(3): 188-95.
[22] Ptashne M. Binding reactions: epigenetic switches, signal transduction and cancer. Curr Biol. 2009; 19(6): R234-41.
[23] Halfmann R, Jarosz DF, Jones SK, Chang A, Lancaster AK, Lindquist S. Prions are a common mechanism for phenotypic inheritance in wild yeasts. Nature. 2012; 482(7385): 363-8.
[24] Holmes DL, Lancaster AK, Lindquist S, Halfmann R. Heritable remodeling of yeast multicellularity by an environmentally responsive prion. Cell. 2013; 153(1): 153-65.
[25] Crick F. Memory and molecular turnover. Nature. 1984; 312(5990): 101.
[26] Owen DJ, Ornaghi P, Yang JC, Lowe N, Evans PR, Ballario P, Neuhaus D, Filetici P, Travers AA. The structural basis for the recognition of acetylated histone H4 by the bromodomain of histone acetyltransferase gcn5p. EMBO J. 2000; 19(22): 6141-9.
[27] Jenuwein T, Allis CD. Translating the histone code. Science. 2001; 293(5532): 1074-80.
[28] Ogryzko VV. Mammalian histone acetyltransferases and their complexes. Cell Mol Life Sci. 2001; 58(5-6): 683-92.
[29] Hopfield JJ. Kinetic proofreading: a new mechanism for reducing errors in biosynthetic processes requiring high specificity. Proc Natl Acad Sci USA. 1974; 71(10): 4135-9.
[30] Bender J. RNA-directed DNA methylation: getting a grip on mechanism. Curr Biol. 2012; 22(10): R400-1.
[31] Wassenegger M, Heimes S, Riedel L, Sanger HL. RNA-directed de novo methylation of genomic sequences in plants. Cell. 1994; 76(3): 567-76.
[32] Martienssen RA. Maintenance of heterochromatin by RNA interference of tandem repeats. Nat Genet. 2003; 35(3): 213-4.
[33] Wang F, Koyama N, Nishida H, Haraguchi T, Reith W, Tsukamoto T. The assembly and maintenance of heterochromatin initiated by transgene repeats are independent of the RNA interference pathway in mammalian cells. Mol Cell Biol. 2006; 26(11): 4028-40.