Читаем The Epigenetics Revolution полностью

There’s a speculative but fascinating case study from Iceland on how diet may epigenetically influence a disease. It concerns a rare genetic disease called hereditary cystatin C amyloid angiopathy, which causes premature death through strokes. In the Icelandic families in which some people suffer from the disease, the patients carry a particular mutation in the key gene. Because of the relatively isolated nature of Icelandic societies, and the country’s excellent record keeping, researchers were able to trace this disease back through the affected families. What they found was quite remarkable. Until about 1820, people with this mutation lived until around the age of 60 before they succumbed to the disease. Between 1820 and 1900, the life expectancy for those with the same disorder dropped to about 30 years of age, which is where it has remained. The scientists speculated in their original paper that an environmental change in the period from 1820 onwards altered the way that cells respond to and control the effects of the mutation[301].

At a conference in Cambridge in 2010, the same authors reported that one of the major environmental changes in Iceland from 1820 to the present day was a shift from a traditional diet to more mainstream European fare[302]. The traditional Icelandic diet contained exceptionally high quantities of dried fish and fermented butter. The latter is very high in butyric acid, the weak histone deacetylase inhibitor. Histone deacetylase inhibitors can alter the function of muscle fibres in blood vessels[303], which is relevant to the type of stroke that patients with this mutation suffer. There is no formal proof yet that it’s the drop in consumption of dietary histone deacetylase inhibitors that has led to the earlier deaths in this patient group, but it’s a fascinating hypothesis.

The fundamental science of epigenetics is the area that is most difficult to make predictions about. One fairly safe bet is that epigenetic mechanisms will continue to crop up in unexpected parts of science. A good recent example of this is in the field of circadian rhythms, the natural 24-hour cycle of physiology and biochemistry found in most living species. A histone acetyltransferase has been shown to be the key protein involved in setting this rhythm[304], and the rhythm is adjusted by at least one other epigenetic enzyme[305].

We are also likely to find that some epigenetic enzymes influence cells in many different ways. That’s because quite a few of these enzymes don’t just modify chromatin. They can also modify other proteins in the cell, so may act on lots of different pathways at once. In fact, it has been proposed that some of the histone modifying genes actually evolved before cells contained histones[306]. This would suggest that these enzymes originally had other functions, and have been press-ganged by evolution into becoming controllers of gene expression. It wouldn’t therefore be surprising to find that some of the enzymes have dual functions in our cells.

Some of the most fundamental issues around the molecular machinery of epigenetics remain very mysterious. Our knowledge of how specific modifications are established at selected positions in the genome is really sketchy. We are starting to see a role for non-coding RNAs in this process, but there are still multiple gaps in our understanding. Similarly we have almost no idea of how histone modifications are transmitted from mother cell to daughter cell. We’re pretty sure this happens, as it is part of the molecular memory of cells that allows them to maintain cell fate, but we don’t know how. When DNA is replicated, the histone proteins get pushed to one side. The new copy of the DNA may end up with relatively few of the modified histones. Instead, it may be coated with virgin histones with hardly any modifications. This is corrected very quickly, but we have almost no understanding of how this happens, even though it is one of the most fundamental issues in the whole field of epigenetics.

It’s possible that we won’t be able to solve this mystery until we have the technology and imagination to stop thinking in two dimensions and move to a three-dimensional world. We have become very used to thinking of the genome in linear terms, as strings of bases that are just read in a straightforward fashion. Yet the reality is that different regions of the genome bend and fold, reaching out to each other to create new combinations and regulatory sub-groups. We think of our genetic material as a normal script, but it’s more like the fold-in from the back of Mad magazine, where folding an image in a particular way created a new picture. Understanding this process may be critical for truly unravelling how epigenetic modifications and gene combinations work together to create the miracle of the worm or the oak or the crocodile.

Or us.

Перейти на страницу:

Похожие книги

Происхождение мозга
Происхождение мозга

Описаны принципы строения и физиологии мозга животных. На основе морфофункционального анализа реконструированы основные этапы эволюции нервной системы. Сформулированы причины, механизмы и условия появления нервных клеток, простых нервных сетей и нервных систем беспозвоночных. Представлена эволюционная теория переходных сред как основа для разработки нейробиологических моделей происхождения хордовых, первичноводных позвоночных, амфибий, рептилий, птиц и млекопитающих. Изложены причины возникновения нервных систем различных архетипов и их роль в определении стратегий поведения животных. Приведены примеры использования нейробиологических законов для реконструкции путей эволюции позвоночных и беспозвоночных животных, а также основные принципы адаптивной эволюции нервной системы и поведения.Монография предназначена для зоологов, психологов, студентов биологических специальностей и всех, кто интересуется проблемами эволюции нервной системы и поведения животных.

Сергей Вячеславович Савельев , Сергей Савельев

Биология, биофизика, биохимия / Зоология / Биология / Образование и наука
Энергия, секс, самоубийство. Митохондрии и смысл жизни
Энергия, секс, самоубийство. Митохондрии и смысл жизни

Испокон веков люди обращали взоры к звездам и размышляли, почему мы здесь и одни ли мы во Вселенной. Нам свойственно задумываться о том, почему существуют растения и животные, откуда мы пришли, кто были наши предки и что ждет нас впереди. Пусть ответ на главный вопрос жизни, Вселенной и вообще всего не 42, как утверждал когда-то Дуглас Адамс, но он не менее краток и загадочен — митохондрии.Они показывают нам, как возникла жизнь на нашей планете. Они объясняют, почему бактерии так долго царили на ней и почему эволюция, скорее всего, не поднялась выше уровня бактериальной слизи нигде во Вселенной. Они позволяют понять, как возникли первые сложные клетки и как земная жизнь взошла по лестнице восходящей сложности к вершинам славы. Они показывают нам, почему возникли теплокровные существа, стряхнувшие оковы окружающей среды; почему существуют мужчины и женщины, почему мы влюбляемся и заводим детей. Они говорят нам, почему наши дни в этом мире сочтены, почему мы стареем и умираем. Они могут подсказать нам лучший способ провести закатные годы жизни, избежав старости как обузы и проклятия. Может быть, митохондрии и не объясняют смысл жизни, но, по крайней мере, показывают, что она собой представляет. А разве можно понять смысл жизни, не зная, как она устроена?16+

Ник Лэйн

Биология, биофизика, биохимия / Биология / Образование и наука
Взаимопомощь как фактор эволюции
Взаимопомощь как фактор эволюции

Труд известного теоретика и организатора анархизма Петра Алексеевича Кропоткина. После 1917 года печатался лишь фрагментарно в нескольких сборниках, в частности, в книге "Анархия".В области биологии идеи Кропоткина о взаимопомощи как факторе эволюции, об отсутствии внутривидовой борьбы представляли собой развитие одного из важных направлений дарвинизма. Свое учение о взаимной помощи и поддержке, об отсутствии внутривидовой борьбы Кропоткин перенес и на общественную жизнь. Наряду с этим он признавал, что как биологическая, так и социальная жизнь проникнута началом борьбы. Но социальная борьба плодотворна и прогрессивна только тогда, когда она помогает возникновению новых форм, основанных на принципах справедливости и солидарности. Сформулированный ученым закон взаимной помощи лег в основу его этического учения, которое он развил в своем незавершенном труде "Этика".

Петр Алексеевич Кропоткин

Культурология / Биология, биофизика, биохимия / Политика / Биология / Образование и наука
Основы психофизиологии
Основы психофизиологии

В учебнике «Основы психофизиологии» раскрыты все темы, составляющие в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования содержание курса по психофизиологии, и дополнительно те вопросы, которые представляют собой «точки роста» и привлекают значительное внимание исследователей. В учебнике описаны основные методологические подходы и методы, разработанные как в отечественной, так и в зарубежной психофизиологии, последние достижения этой науки.Настоящий учебник, который отражает современное состояние психофизиологии во всей её полноте, предназначен студентам, аспирантам, научным сотрудникам, а также всем тем, кто интересуется методологией науки, психологией, психофизиологией, нейронауками, методами и результатами объективного изучения психики.

Игорь Сергеевич Дикий , Людмила Александровна Дикая , Юрий Александров , Юрий Иосифович Александров

Детская образовательная литература / Биология, биофизика, биохимия / Биология / Книги Для Детей / Образование и наука