Epigenetik Arv er andet end gener

Relaterede dokumenter
Det lyder enkelt, men for at forstå hvilket ærinde forskerne er ude i, er det nødvendigt med et indblik i, hvordan celler udvikles og specialiseres.

Biologiske signaler i graviditeten - Genetisk information

Du bliver hvad din far spiser Eller, hvordan sædcellerne husker dine dårlige vaner

Cellekernen (Nucleus) Sebastian Frische Anatomisk Institut

1. Hvad er kræft, og hvorfor opstår sygdommen?

Menneskets væskefaser

Individer er ikke selv ansvarlige for deres livsstilssygdomme

Fra genetik til epigenetik

Generne bestemmer. Baggrundsviden og progression: Niveau: 8. klasse. Varighed: 12 lektioner

Studiespørgsmål til celler og væv

Spørgsmål 1. Immunforsvaret. Spørgsmål 2. Kulhydrater

Eksamensspørgsmål til BiB biologi B 2015

Undervisningsbeskrivelse

1. Afrikansk plante med mulig gavnlig virkning på diabetes type II. 2. Bestemmelse af genomer hos forskellige arter organismer

Der er to hovedtyper af genhæmningsmedicin: antisenseoligonukleotider (ASO'er) og RNA-interferens (RNAi). Denne artikel handler om RNA-interferens.

Kvægavlens teoretiske grundlag

Proteiner. Proteiner er molekyler der er opbygget af "aminosyrer",nogle er sammensat af få aminosyrer medens andre er opbygget af mange tusinde

Forskningsnyheder om Huntingtons Sygdom På hverdagssprog Skrevet af forskere. Til det globale HS-fællesskab Træning øger cellulært genbrug

Gældende fra: April 2014 (Hold SB512) Version: Endelig Side 1 af 5

Undervisningsbeskrivelse

Undervisningsbeskrivelse

Planteproduktion i landbruget

Undervisningsbeskrivelse

Undervisningsbeskrivelse

1. Cellen og celledelinger. 2. Respiration og gæring

Side 1 af 9. Undervisningsbeskrivelse. Stamoplysninger til brug ved prøver til gymnasiale uddannelser. Termin august juni

EKSAMENSOPGAVER. Eksamensopgaver uden bilag

Undervisningsbeskrivelse

Cellens livscyklus GAP2. Celledeling

Undervisningsbeskrivelse

Undervisningsbeskrivelse

Struktur og funktion af gener

Forsvundet ved oversættelsen? Ny viden om hvordan proteinet for Huntingtons Sygdom dannes Du siger kartoffel. huntingtingenet

EKSAMENSOPGAVER. Eksamensopgaver uden bilag

Undervisningsbeskrivelse

8. Mandag Celle og vævslære del 2

Spørgsmål nr.1. Evolutionsteorien fra Lamarck til Darwin. Spørgsmål nr.2. Menneskets evolution. Spørgsmål 3. Diabetes

Celle- og vævslære. Maria Jensen 1

LP-HÆFTE SOCIAL ARV

Genetiske Aspekter af HCM hos Kat. - en introduktion til forskningsprojektet

1. Afrikansk plante med mulig gavnlig virkning på diabetes type II. 2. Bestemmelse af genomer hos forskellige arter organismer

Genhæmning: et overblik

Den genetiske 'gråzone' i Huntington's chorea: hvad betyder det alt sammen? Den basale genetik

Eksamensspørgsmål Biologi C maj-juni 2014 Sygeeksamen: 4cbicsy1

Undervisningsbeskrivelse

EKSAMENSOPGAVER. Eksamensopgaver uden bilag

ANATOMI for tandlægestuderende. Henrik Løvschall Anatomisk afsnit Afd. for Tandsygdomslære Odontologisk Institut Århus Universitet

Elevnavn: Elevnummer: Skole: Hold:

Undervisningsbeskrivelse

Om blodtypernes biokemi

Biomarkører ved neurologiske sygdomme. Thomas Christensen

Planteproduktion i landbruget

Undervisningsbeskrivelse

Vær opmærksomme på, at censor endnu ikke har haft mulighed for at kommentere spørgsmålene, så der kan komme ændringer.

Recessiv (vigende) arvegang

Kromosomforandringer. Information til patienter og familier

Undervisningsbeskrivelse

Ekstrakter - rammebevillinger

Klip-og-kopier DNA: reparér mutationer med 'genom-redigering' DNA, RNA og protein

X bundet arvegang. Information til patienter og familier. 12 Sygehus Lillebælt, Vejle Klinisk Genetik Kabbeltoft Vejle Tlf:

Undervisningsbeskrivelse

Kromosomforandringer. Information til patienter og familier

Nr 1. Fra gen til protein

Med udgangspunkt i øvelsen Fotosyntese og vedlagte materiale ønskes at du: Gør rede for de vigtigste processer i et økosystem.

Avl på honningbier det genetiske grundlag I

Undervisningsbeskrivelse

Forskningsnyheder om Huntingtons Sygdom På hverdagssprog Skrevet af forskere. Til det globale HS-fællesskab En baglæns besked gemt i HD-genet?

Eksamensspørgsmål 3gbicef11801, Bio C uden bilag

4 Plantenæringsstoffer og symbiose. 6 Det humane genomprojekt og DNA profiler. 9 Mikroorganismer og immunforsvar. 10 Mikroorganismer og resistens

Sundheds CVU Nordjylland INTERN PRØVE ANATOMI, FYSIOLOGI OG BIOKEMI S06V D. 15. JUNI 2006 KL

Undervisningsbeskrivelse

X bundet arvegang. Information til patienter og familier

Cellen og dens funktioner

Gennemgang af genetikken

BIOLOGI HØJT NIVEAU. Mandag den 13. august 2001 kl

Lærervejledning Til internet-spillet Kræftkampen og undervisningshæftet Hvorfor opstår kræft? Biologi klasse

Undervisningsbeskrivelse

Banan DNA 1/6. Formål: Formålet med øvelsen er at give eleverne mulighed for at se DNA strenge med det blotte øje.

De Midaldrende Danske Tvillinger

Studiespørgsmål til celler og væv

PCR (Polymerase Chain Reaction): Opkopiering af DNA

Velkommen. Test dit eget DNA med PCR. Undervisningsdag på DTU Systembiologi. Undervisere:

Planteproduktion i landbruget

Eksamensspørgsmål til biocu til mandag d. 10. juni 2013

Biologi opgave Opsamling: Cellebiologi (Bioanalytiker modul3)

Undervisningsbeskrivelse

Undervisningsbeskrivelse

Folkeskolens afgangsprøve December Biologi - Facitliste. Elevnavn: Elevnummer: Skole: Hold: 1/23 B4

Med udgangspunkt i det vedlagte materiale og eventuelt eksperimentelt arbejde skal du forberede en fremlæggelse.

Forårsager et 'rustent hængsel' Huntingtons sygdom? Huntingtin mutant huntingtin

3y Bioteknologi A. Lærere TK og JM. Eksamensspørgsmål uden bilag

Undervisningsbeskrivelse

Er der flere farver i sort?

Undervisningsbeskrivelse

Undervisningsbeskrivelse

Undervisningen på trin 1 skal lede frem mod at eleverne har tilegnet sig kundskaber og færdigheder der sætter dem i stand til at :

Kjers. sygdom. Nyt fra forskningsfronten. Et studie der søger at påvise årsager til og behandling af denne hidtil uhelbredelige øjensygdom

Kapitel 19. cell division. Søren Tvorup Christensen, Biokemisk afdeling, AKI, rum 526

LEKTION 2_ TEKST_ BIOLUMINESCENS. Bioluminescens. Alger der lyser i mørket

Transkript:

Epigenetik Arv er andet end gener Indhold Indledning Afsnit1: Epigenetik og DNA Afsnit 2: DNA, nukleosomer og kromatin Afsnit 3: Epigenetik og celledifferentiering Afsnit 4: Genetisk ens individer kan være forskellige Afsnit 5: Epigenetik og aldring Afsnit 6: Prægning og adfærd Afsnit 7: Ernæring og epigenetik Afsnit 8: Fedme og diabetes Afsnit 9: Epigenetik og hjernen Afsnit 10: Epigenetik og cancer Afsnit 11: Epigenetisk terapi Efterskrift Ordforklaringer Litteratur Indledning Hvad er epigenetik? Hvad bestemmer vores udseende, hvilke sygdomme vi får, eller hvor gamle vi bliver? Mange ville sige, at det gør vores gener naturligvis. Nyere forskning viser imidlertid, at her tager

man fejl: Arv er andet end gener. Nok er generne afgørende for udviklingen af vores egenskaber, men de er ikke alene om det. Generne er nemlig i sig selv under kontrol af såkaldte epigenetiske faktorer, dvs. faktorer, der kan regulere vores egenskaber, uden at genernes DNA-koder ændres! Det græske præfix epi betyder på toppen af eller over, så udtrykket epigenetik vil bogstaveligt talt sige regulering på et niveau oven over de genetiske mekanismer. Det var englænderen Conrad Waddington, der i 1942 gav epigenetikken sit navn samt den følgende noget vage definition af begrebet: the branch of biology which studies the causal interactions between genes and their products which bring the phenotype into being. Epigenetikken blev brugt til at beskrive begivenheder, der ikke kunne forklares ud fra genetiske principper. Det er de epigenetiske faktorers opgave at bestemme, hvilke gener der skal komme til udtryk (ekspressionen), og epigenetikken er - efter det humane genomprojekts færdiggørelse blevet et hot emne blandt forskerne. Den har udviklet sig til en dynamisk og hurtigt omsiggribende disciplin, der udfordrer og reviderer den sædvanlige opfattelse af genetik. Den epigenetiske regulation sker, som vi senere skal se, bl.a. ved hjælp af nogle kemiske ændringer i selve det nøgne DNA-molekylet samt i de proteiner, DNA-strengen er viklet om i cellekernerne. Desuden sker der en regulation via nogle små og store ikke-kodende RNAmolekyler. Populært sagt kan man beskrive den epigenetiske regulation af genernes aktivitet som grønne og røde tafiklys, der kan fortælle generne i de enkelte celler, om de skal være aktive eller inaktive. Sagt på en anden måde: Hvis genomet sammenlignes med en computers harddisk, er epigenomet dens software, dvs. de programmer, der styrer computerens operationer (epigenomet er summen af alle de epigenetiske tilstande i en celles genom). Alle celler i vores organisme har de samme gener, men kun nogle få af disse kommer til udtryk i de forskellige slags vævsceller, og et epigenetisk bestemt udtryksmønster kan gå i arv fra celle til celle, når cellerne deler sig. Hvilke gener, der kommer til udtryk, afhænger af vævscelletypen. Det er således helt forskellige gener, der er aktive i f.eks. et hvidt blodlegeme, en fedtcelle eller en nervecelle. Epigenetikken gør det også muligt for miljøfaktorer at få indflydelse på, hvilke egenskaber vi udvikler, og den er ansvarlig for, at visse individuelt erhvervede egenskaber hos dyr og mennesker kan nedarves til efterfølgende generationer - noget man tidligere ville have forsværget.

Arv/miljø diskussionen Forskere har i årevis haft diskussionen om, hvad der har størst betydning for et individs udvikling: arven eller det miljø, individet påvirkes af under fosterudviklingen og livet efter fødslen. Nu har epigenetikken imidlertid vendt op og ned på denne diskussion og ændret den opfattelse, vi har af genernes funktion. Det viser sig nu, at epigenetiske processer kæder de omgivende miljøfaktorer tæt sammen med vores genetiske kode ved at muliggøre, at ydre påvirkninger sætter sig biokemiske fodspor i vores genom. Visse karaktertræk f.eks. højde og hårfarve kan dog stort set forklares ud fra simpel genetik: er begge dine forældre høje og har lyst hår, er der stor sandsynlighed for, at du får de samme egenskaber. Alle gener fungerer imidlertid ikke på den samme måde, og de fleste karaktertræk er ikke kun kontrolleret af et enkelt gen. Således er f.eks. stofskifte, personlighed, intelligens og selv mange sygdomme meget mere komplekse og afhængig af et samspil mellem ofte flere hundrede forskellige gener. Kompleksiteten stopper imidlertid ikke her. Hvis den gjorde, skulle f.eks. enæggede tvillinger opvokset i det samme miljø stort set have de samme egenskaber, men det har de ikke. Selvom de er ens med hensyn til gener, kan tvillingerne alligevel være meget forskellige med hensyn til helbred og personlighed, og det gør sig især gældende jo ældre, de bliver. Det skyldes, at på trods af det identiske sæt gener, kan deres gener alligevel på grund af epigenetikken komme til udtryk i forskellig grad. Det er en misforståelse at tro, at gener blot tændes eller slukkes som en lyskontakt. De fungerer snarere som en lysdæmper, der kan skrues op eller ned i forskellig grad inden for et bestemt område. I hvor høj grad et gen kommer til udtryk er afhængig af de epigenetiske faktorer og kan variere fra person til person men kan også variere hos en og samme person. Den mekanisme, der sørger for dette, er uhyre kompliceret og under indflydelse af mange forskellige faktorer herunder personens indre og ydre miljø. Epigenetik er studiet af disse forskellige måder, et gen kan komme til udtryk på og den mekanisme, der ligger bag.

Afsnit 1 Epigenetik og DNA De fleste af menneskeartens gener er de samme, som vi finder hos vores nærmeste slægtninge blandt menneskeaberne, og alligevel er arterne helt forskellige fra hinanden med hensyn til udseende og adfærd. Mennesker, chimpanser og bonoboer har ca. 99 % af DNA et tilfælles, så hvordan kan det være, at de alligevel adskiller sig meget fra hinanden? En forklaring, som er dukket op i løbet af de sidste år, er, at forskellighederne ikke kun skyldes forskelle mellem arternes gener, men også hvordan genernes funktion reguleres. Næsten helt ens genomer kan stadig give ophav til forskellige organismer, hvis generne aktiveres på forskellige tidspunkter og i forskellig grad. Generne transskriberes, dvs. DNA et oversættes ifølge det centrale dogme til RNA, når et bestemt enzym (RNA-polymerase) bindes til genernes promoter. En promoter er betegnelsen for det korte stykke DNA, der sidder lige inden starten på hvert gens kodende region. Enzymet aflæser DNA et, som udgør genet, og laver en arbejdskopi i form af messenger- RNA, der benyttes ude i cytoplasmaet til dannelse af proteiner: Centrale dogme

Cellerne kan regulere et bestemt gens aktivitet bl.a. ved at kontrollere, hvornår og hvordan bestemte proteiner bindes til genets promoter. Celler bruger flere metoder til at udføre denne opgave lige fra at arrangere, hvilke proteiner der skal have adgang til DNA et i cellekernen og til at ændre proteiners struktur eller ødelægge dem. I denne forbindelse skal vi se lidt nærmere på de epigenetiske ændringer, som påvirker DNA et uden at ændre selve de genetiske koder (baserækkefølgerne), men derimod ved at indvirke på, hvilke koder, der skal aflæses. De epigenetiske ændringer kan med lidt god vilje sammenlignes med pyntet på et juletræ. Træet - her DNA-koden - er stadig det samme, men dekorationerne - de epigenetiske forandringer - ændrer på, hvordan træet opfattes. To væsentlige epigenetiske ændringer er: 1) Methylering, hvor methylgrupper ( CH3) bindes til DNA på bestemte steder. 2) Histon-ændringer dvs. kemiske ændringer af histonmolekylet, som er det protein, hvorom DNA-strengen vikles i cellekernen. En kemisk ændring kan være påhæftning af acetylgrupper (-COCH3). Methylering reducerer som regel et gens aktivitet enten ved at forhindre proteiner i at binde sig til genets promoter eller ved at rekruttere andre proteiner, som DNA-strengen kan vikles om, hvorved genet bliver inaktivt, dvs. dets ekspression er forhindret. Histonændringer kan regulere, hvor let tilgængeligt en DNA-region er og derved have indflydelse på, hvor aktivt et gen må være. Se i øvrigt afsnit 2 og figuren herunder: Epigenetiske mekanismer:

Me = methylgruppe - AC = acetylgruppe - CpG-øer: se afsnit 2 Epigenetiske ændringer f.eks. i form af kemiske markører på DNA et, som kan tænde eller slukke gener, spiller muligvis en væsentlig rolle for den naturlige selektion blandt organismer i naturen. Der er også noget, der tyder på, at disse markører (f.eks. methylgrupper) kan overføres fra generation til generation ligesom generne og medføre, at epigenetiske ændringer måske kan påvirke selektionen positivt eller negativt og derigennem have indflydelse på arternes evolution. Nogle forskere mener endog, at den gængse teori om arternes evolution nu må revideres, så den også kommer til at omfatte den betydning, epigetikken kan have for evolutionen. Afsnit 2 DNA, nukleosomer og kromatin

Hos mennesket er den genetiske information i DNA et organiseret i 23 kromosompar beliggende i cellekernerne. Når alle DNA-molekylerne i en cellekernes kromosomer lægges i forlængelse af hinanden fås et molekyle, som er omkring 2 meter langt. Det kan derfor ikke undre, at DNA et må kondenseres kraftigt, hvis det skal kunne være i en cellekerne, som kun er 3-10 mikrometer ( m) i diameter. Stort set alle organismens celler har de samme gener, men i de forskellige vævstypeceller er det kun nogle bestemte af dem, der får lov at være aktive. Det er selvfølgelig helt forskellige gener, der skal komme til udtryk f.eks. i en levercelle og en hudcelle. Det er bemærkelsesværdigt, at den enkelte vævstypecelle er i stand til nøje at regulere, hvilke af de omkring 20.000 gener i det sammenpakkede DNA, der skal være aktive i cellekernen, og hvilke der skal være tavse. Pladsproblemet i cellekernen løses ved, at DNA et vikles omkring proteinmolekyler, der kaldes histoner, og dette kompleks kaldes nukleosomer. Nukleosomerne pakkes sammen til kromatintråde, som foldes på forskellig vis. Kromatin er den kombination af DNA og bestemte proteiner, der udgør cellekernens indhold. Dets primære funktion er: 1) at pakke DNA et sammen så det kan være i cellekernen 2) at gøre det stærkere så mitosen kan gennemføres 3) at forhindre dets ødelæggelse 4) at kontrollere genekspression og DNA-replikation Hvis cellen skal til at dele sig (mitosen), koncentreres kromatinet og findes nu i de kromosomer, der kan iagttages i et mikroskop. I celler, der ikke deler sig (interfasen), er kromatinet spredt i hele kernen. Figuren herunder viser sammenhængen mellem DNA, nukleosomer, kromatin og kromosom: