Epigenetik Nedir ?

Epigenetik, biyoloji'de, DNA dizisindeki değişikliklerden kaynaklanmayan, ama aynı zamanda ırsi olan, gen ifadesi değişikliklerini inceleyen bilim dalıdır Diğer bir deyişle, ırsi (kalıtımsal) olup genetik olmayan fenotipik varyasyonları incelemektedir Bu değişiklikler hücreyi ya da organizmayı doğrudan etkilemektedir ancak, DNA dizisinde hiç bir değişiklik gerçekleşmemektedir

Konu başlıkları


* 1 Etimoloji ve anlamları
* 2 Yanıtlamaya çalıştığı sorular
* 3 Epigenetik mekanizmalar
o 31 Dolaylı yoldan etkiyen mekanizmalar
o 32 Doğrudan etkiyen mekanizmalar
+ 321 DNA düzeyindeki modifikasyonlar
+ 322 Kromatin düzeyindeki modifikasyonlar
* 4 Epigenetik olgular
* 5 Epigenetik mekanizmların kalıtımı
* 6 Epigenetik etkileşimler
* 7 Epigenetik çalışmalar
* 8 Dipnot ve referanslar
* 9 Dış Bağlantılar

Etimoloji ve anlamları

Eski Yunanca; ???- (epi-) öneki; "üstü(nde)", "üzeri(nde)", "ötesi(nde)", "öncesi(nde)" anlamlarını taşır ??????? (Genesis) ise; "doğuş", "köken", "yaratılış" veya "oluşum" demektir

Aristoteles, epigenesis "oluşum öncesi" sözcüğünü; biyolojide, o zaman en kabul gören teori olan preformasyona "önceden oluşum"a karşıt bir teori olarak kullanmıştır Aristoteles'in epigenez teorisine göre, canlının şekli ve yapısı döllenme sırasında mevcut değildir Bu yapı, doğuma kadar, başkalaşımlar yoluyla yavaş yavaş gelişmektedir [

Epigenetik sözcüğü (???????????? - epigenetik?s) işte ilk defa Aristoteles tarafından, epigenez'e (epigenesis'e) ait, ona dair anlamında bir sıfat olarak kullanılmıştır Hayvanların "epigenetik oluşumlarından" ya da "epigenetik gelişimlerinden" bahsederken, onların - o günkü kanıya ters olarak - rahimde ya da yumurtada yavaş yavaş, aşama aşama gelişimlerini kastetmektedir Böylelikle epigenetik, ilk anlamıyla, embriyolojik bir süreci anlatan bir sıfat olarak 1940'lara kadar kullanılmıştır

Epigenetik sözcüğü 1942'de, ilk kez bir bilim dalı anlamıyla, Conrad Waddington tarafından kullanılmıştır Onu bir isim olarak "Epigenetic Genetics" (Epigenez Genetiği) sözcüklerinden, "Epigenetics" (Epigenetik) kelimesini türetmiştir Waddington'a göre epigenetik; gelişim esnasında genotipin fenotipi nasıl oluşturduğunu inceleyen bilim dalıdır

Waddington'un daha çok, embriyolojik bir anlam ile oluşturduğu "epigenetik" terimi, moleküler tekniklerin gelişmesiyle, daha moleküler seviyeye indirilmiş ve de kalıtımsal anlam eklenmiştir Bu anlamda, bugün en çok kullanılan ve de kabul gören tanımı şöyledir: Epigenetik; DNA dizisindeki değişikliklerle açıklanamayan, mitoz veya mayoz yoluyla kalıtılan gen ekspresyonu (ifadesi) değişikliklerini inceleyen bilim dalıdır

Gerçekte, gen ifadeleri, fenotipi belirlediğinden, Waddington'un tanımı da yanlış kabul edilmemektedir Ancak ırsilik faktörü bulundurmadığından eksik görülmektedir

Böylelikle; "Epigenetik" teriminin Türkçe'de beş anlamı vardır diyebiliriz Bunlar:

1 Epigenez teorisine dair anlamında sıfat, (Aristoteles)
2 Irsi kavram içermeyen Epigenetik bilimi (Waddington)
3 Bu bilime dair anlamında sıfat
4 Irsi kavram içeren Epigenetik bilimi (çağdaş)
5 Bu bilime dair anlamında sıfat

Her ne kadar, geçmişten bugüne bu beş anlama sahip olmuş olsa da, son ikisi, çağdaş bilim tarafından kabul edilen ve bundan sonra bu makalede yer verilecek olan anlamlardır

Yanıtlamaya çalıştığı sorular

1 Fenotipi belirleyen nedir?
2 Çok hücreli bir organizmada; örneğin bir karaciğer hücresi ile bir kas hücresi, tamamen aynı genotipi paylaşırlarken, nasıl olur da, apayrı – yine de stabil – gen ifade profillerine ve de farklı ve bağımsız hücre fonksiyonlarına sahip olabilmektedirler?
3 Fibroblastlar veya lenfositler gibi farklılaşmamış hücreler, nasıl hücre bölünmesi yoluyla fenotiplerini stabil bir şekilde korumaktadırlar?
4 Nasıl, bir farklılaşmamış kök hücre, bazen bölündüğünde iki yeni kök hücre verirken, bazen de bir kök hücre ve de bir farklılaşmış hücre verebilmektedir?
5 Memelilerin, bizim de dahil olduğumuz Eutheria altsınıfına ait dişi bireylerinin her hücresinde; ayni nükleoplazma içinde bulunan ve de neredeyse özdeş DNA dizinlerine sahip iki X kromozomundan biri inaktive edilmektedir İki X kromozomundan hangisinin inaktive edileceği nasıl belirlenmektedir ve de inaktivasyon hangi yolla/yollarla gerçekleşmektedir?
6 Tamamen aynı genotipe sahip tek yumurta ikizlerinin, nasıl olur da hastalıklara genetik yatkınlıkları farklı olur?
7 Çevremiz ve de yaşam tarzımız bizi (gen ifademizi dolayısıyla bizi) ne kadar, nasıl etkiler?
8 Bu etkiler bizden sonraki jenerasyonlara da aktarılır mı?

Epigenetik mekanizmalar

Epigenetik mekanizmalar ikiye ayrılır:

1 Doğrudan gen ifadesini kontrol eden veya etkileyen mekanizmalar
2 Dolaylı yoldan gen ifadesini kontrol eden veya etkileyen mekanizmalar

Dolaylı yoldan etkiyen mekanizmalar

Dolaylı yoldan gen ifadesine etkiyen mekanizmalar post-transkripsyonel (transkripsiyon sonrası, yani ana DNA molekülünden RNA molekülü elde edildikten sonra) mekanizmaları özellikle de nonkoding RNA’nın (RNAi vb) kodlayıcı RNA (mRNA) üzerine etkiyerek protein sentezini engellemesini içerir

Doğrudan etkiyen mekanizmalar

Bu mekanizmalar da ikiye ayrılır:

1 DNA düzeyindeki modifikasyonlar
2 Kromatin düzeyindeki modifikasyonlar

* Bu modifikasyonlar hem kovalent hem de nonkovalent olabilirler
* Genlerin sessizleşmesine neden olurlar Bu da geni inaktive edici bir mütasyon veya delesyon gibi genetik bir mekanizmayla eşdeğerdir

DNA düzeyindeki modifikasyonlar
DNA düzeyindeki modifikasyonları üçe ayırabiliriz:

1 DNA metilasyonu (Kovalent DNA modifikasyonları)
2 Nonkovalent DNA modifikasyonları
3 Transkripsiyon faktörleri tarafından feed-forward otoregülasyon (Kovalent ve nonkovalent)

Bu modifikasyonların arasından DNA metilasyonu en bilinen ve en işlevsel olanıdır

Kromatin düzeyindeki modifikasyonlar
RNAi'nin işleme mekanizması ve de diğer epigenetik mekanizmalarla etkileşimi
RNAi'nin işleme mekanizması ve de diğer epigenetik mekanizmalarla etkileşimi

Kromatin düzeyindeki modifikasyonları da kovalent ve nonkovalent olmak üzere ikiye ayırabiliriz:

1 Kovalent modifikasyonlar histon modifikasyonlarıdır Bunlar:
* Asetilasyon,
* Metilasyon,
* Fosforilasyon,
* Übikitinasyon ve de
* Sümoylasyondur
2 Nonkovalent modifikasyonları ise şunlardır:
* Histon takasları
* Histon katımları
* Kromatin tadilatı
* Nonkoding RNA ile etkileşim
* Diğer ajanlarla etkileşim (virüsler, farklı protein grupları)
* Uzun-mesafe kromozom etkileşimleri (hem kromozom-içi hem kromozomlar-arası)

Epigenetik olgular

Çok çeşitli ve birbirleriyle alakasız görünen onlarca biyolojik olgu (hadise), aslında epigenetik mekanizmalarca meydana gelmektedir Epigenetik temelli bu olguları ortaya çıkarmak aslında hiç kolay değildir, çünkü hem bir çok biyolojik olgunun moleküler temeli bilinmemektedir, hem de halen keşfedilmemiş muhtelif epigenetik mekanizma mevcuttur

Bu olguların başlıcaları şunlardır:

* X kromozomu inaktivasyonu,
* Genomik imprinting,
* Paramütasyon,
* Floral simetri,
* Farelerde agouti lokusunun aktarılması,
* Polycomb sessizleştirmesi,
* Konum-etki çeşitliliği,
* Drosophila’da Hox genlerinin modellenmesi,
* Hücre farklılaşması,
* Nöronal gelişim

Epigenetik mekanizmların kalıtımı

Hücreye kimliğini kazandıran, yani fenotipini ortaya çıkartan epigenetik mekanizmaların, mitoz sırasında bir sonraki hücre soyuna nasıl aktarıldığı, maalesef halen bir merak konusudur Aynı şekilde, bu bilginin, organizmalarda, sonraki nesillere nasıl aktarıldığı da pek anlaşılamamıştır

Ancak, bu epigenetik işaretlerin ya da bu epigenetik regülasyonun dölden döle aktarıldığına dair sayısız kanıt mevcuttur:

* Erişkin sirke sineklerinin (Drosophila melanogaster L) oluşumundan sorumlu embriyonik hücreler, ortamlarından çıkarıldıklarında, bölünmeye devam ederler Gelişmekte olan embriyoya geri konduklarında da, bacak veya kanat gibi, ilişkili oldukları yapıyı oluşturmaktadırlar Hücreler sadece kendi kimliklerini hatırlamakla yetinmemekte, aynı zamanda bu bilgiyi hücre bölünmesinde diğer hücrelere de aktarmaktadırlar
* Geniş çaplı bir araştırma, annenin davranışlarının, bebeğin DNA’sını etkileyebildiğini göstermektedir Bu etkinin potansiyel mekanizması; anne sütü ile beslenen farelerin, glükokortikoid reseptör kodlayan geninin DNA metilasyonundaki değişimi ile açıklanmaktadır Embriyonik farelerin, antiandrojenik bir bileşik olan vinklozin’e maruz kalmaları; spermatogenesisin azalmasına neden olmuştur Ve de, bu fizyolojik etki, sonraki bir çok nesilde de gözlenmiştir

Bitkilerle yapılan bir çalışma aşağıdaki sonuçları ortaya koymuştur:

* Strese maruz kalan bitkiler, gen ifadelerini değiştirerek, değişen ortama adaptasyon sağlamışlardır Bunun için gerekirse genomlarını destabilize bile etmişlerdir Böylelikle yeni bir fenotip ortaya çıkarmışlardır
* Yeni fenotipe sahip bitkiler, stres ortamından uzaklaştırılmalarına rağmen, dört jenerasyon boyunca bu adaptasyonu korumuşlardır Yani stresten ortaya çıkan adaptif fenotipik değişiklikler 4 sonraki nesile kadar aktarılmıştır
* Strese maruz kalmanın hafızası mevcuttur ve de bu hafıza dölden döle aktarılabilmektedir


Döllenmeden hemen sonra, erken embriyonun genomu büyük çapta ve muazzam bir demetilasyon sürecine girer Bu ‘silinme’den kurtulan spesifik bölgeler dışında, implantasyon öncesi embriyonun genomu tamamen hipometiledir (az metillenmiş) Bu da embriyonun pluripotensisiyle mantıken bağdaşır İmplantasyon sonrası, DNA yeniden metillenmeye başlar

Mitoz sırasında da benzeri bir durum yaşanır ve genom demetile olur

Genomun demetilasyona uğramasının ardından, nasıl tekrar aynı bölgelerin metilasyona uğradıkları, yani epigenetik bilginin nasıl korunup aktarıldığını açıklamaya çalışan muhtelif modeller mevcuttur

Epigenetik mekanizmaların bilgisinin, genellikle, mitoz veya mayoz sırasında, ‘silinmeyen’ kromatin modifikasyonları ve de bazı siRNA’larla aktarıldığı düşünülmektedir

Epigenetik etkileşimler

Bilinen bütün epigenetik mekanizmalar, kendi aralarında mükemmel bir şekilde etkileşim içindedirler

Hemen hemen bütün mekanizmalar birbirlerini iki-yönlü olarak etkilemektedirler ve de kontrol etmektedir

Ana mekanizmalar kromatin seviyesinde gerçekleşen mekanizmalardır (Çok kısa süre öncesine kadar ana mekanizmanın DNA metilasyonu olduğu düşünülüyordu)

Epigenetik çalışmalar [değiştir]
Farklı DNA metilasyonuna sahip klon agouti fareleri
Farklı DNA metilasyonuna sahip klon agouti fareleri

Epigenetik bilimi bugün; ontoloji, embriyoloji, sağlık bilimi, metabolizma, kompleks hastalıklar, biyopsikoloji vb ile ilgilenen bilim insanları tarafından, bu konularla içiçe çalışılmaktadır

En büyük çalışmalar;

* Agouti fareleriyle,
* İnsanda tek yumurta ikizleriyle,
* Sirke sineğiyle (Drosophila melanogaster L),
* İnsanda lösemi hastalarıyla deneysel olarak,
* Nöronal gelişim incelemeleriyle,
* Embriyolojik gelişimlerle ve
* Bitkilerle yapılmaktadır

Löseminin bir türü olarak bilinen ve ölümcül bir ilik kanseri olan MDS (MiyeloDisplastik Sendrom) hastalarıyla 2006 ve 2007’de yapılan deneysel epigenetik tedavi çalışmalarında hastaların %50’si tamamen iyileşmiş, hiç bir yan etki görülmemiştir 2008 yılının başlarında FDA tarafından kabul edilen desitabin adlı epigenetik etkili kimyasal, Amerika'da ve Avrupa'da "dacogen" ticari ismiyle piyasaya sürülmüştür Türkiye'de ise halen Sağlık Bakanlığı'nın iznini beklemektedir

Dipnot ve referanslar

1 ^ Adrian Bird (2007) "Perceptions of epigenetics" Nature 447: 396–398 DOI:101038/nature05913 PMID 17522671
2 ^ Dr S Sinanoğlu, 1953 Yunanca – Türkçe Sözlük
3 ^ Hayvanların Oluşumu Üzerine (???? ???? ???????? De Generatione Animalium), Aristoteles
4 ^ Universalis, Epigénèse
5 ^ Aaron D Goldberg (2007) "Epigenetics: A Landscape Takes Shape" Cell 134: 635–638 DOI:101016/jcell200702006 PMID 17320500