Читаем The Epigenetics Revolution полностью

The reason this experiment is so important is that it offers hope that we may be able to find new treatments for really complex neurological conditions. Prior to the publication of this Science paper, there had been an assumption that once a complex neurological condition has developed, it is impossible to reverse it. This was especially presumed to be the case for any condition that arises developmentally, i.e. in the womb or in early infancy. This is a critical period when the mammalian brain is making so many of the connections and structures that are used throughout the rest of life. The results from the Mecp2 mutant mice suggest that in Rett syndrome, maybe all the bits of cellular machinery that are required for normal neurological function are still there in the brain – they just need to be activated properly. If this holds true for humans (and at a brain level we aren’t really that different from mice) this offers hope that maybe we can start to develop therapies to reverse conditions as complex as mental retardation. We can’t do this the way it was done in the mouse, as that was a genetic approach that can only be used in experimental animals and not in humans, but it suggests that it is worth trying to develop suitable drugs that have a similar effect.

DNA methylation is clearly really important. Defects in reading DNA methylation can lead to a complex and devastating neurological disorder that leaves children with Rett syndrome severely disabled throughout their lives. DNA methylation is also essential for maintaining the correct patterns of gene expression in different cell types, either for several decades in the case of our long-lived neurons, or in all daughters of a stem cell in a constantly-replaced tissue such as skin.

But we still have a conceptual problem. Neurons are very different from skin cells. If both cells types use DNA methylation to switch off certain genes, and to keep them switched off, they must be using the methylation at different sets of genes. Otherwise they would all be expressing the same genes, to the same extent, and they would inevitably then be the same types of cells instead of being neurons and skin cells.

The solution to how two cell types can use the same mechanism to create such different outcomes lies in how DNA methylation gets targeted to different regions of the genome in different cell types. This takes us into the second great area of molecular epigenetics. Proteins.

DNA has a friend

DNA is often described as if it’s a naked molecule, i.e. DNA and nothing else. If we visualise it at all in our minds, a DNA double helix probably looks like a very long twisty railway track. This is pretty much how we described it in the previous chapter. But in reality it’s actually nothing like that, and many of the great breakthroughs in epigenetics came about when scientists began to appreciate this fully.

DNA is intimately associated with proteins, and in particular with proteins called histones. At the moment most attention in epigenetics and gene regulation is focused on four particular histone proteins called H2A, H2B, H3 and H4. These histones have a structure known as ‘globular’, as they are folded into compact ball-like shapes. However, each also has a loose floppy chain of amino acids that sticks out of the ball, which is called the histone tail. Two copies of each of these four histone proteins come together to form a tight structure called the histone octamer (so called because it’s formed of eight individual histones).

It might be easiest to think of this octamer as eight ping-pong balls stacked on top of each other in two layers. DNA coils tightly around this protein stack like a long liquorice whip around marshmallows, to form a structure called the nucleosome. One hundred and forty seven base-pairs of DNA coil around each nucleosome. Figure 4.3 is a very simplified representation of the structure of a nucleosome, where the white strand is DNA and the grey wiggles are the histone tails.

Figure 4.3 The histone octamer (2 molecules each of histones H2A, H2B, H3 and H4) stacked tightly together, and with DNA wrapped around it, forms the basic unit of chromatin called the nucleosome.


If we had read anything about histones even just fifteen years ago, they would probably have been described as ‘packaging proteins’, and left at that. It’s certainly true that DNA has to be packaged. The nucleus of a cell is usually only about 10 microns in diameter – that’s 1/100th of a millimetre – and if the DNA in a cell was just left all floppy and loose it could stretch for 2 metres. The DNA is curled tightly around the histone octamers and these are all stacked closely on top of each other.

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