Читаем The Epigenetics Revolution полностью

Certain regions of our chromosomes have an extreme form of that sort of structure almost all the time. These tend to be regions that don’t really code for any genes. Instead, they are structural regions such as the very ends of chromosomes, or areas that are important for separating chromosomes after DNA has been duplicated for cell division.

The regions of DNA that are really heavily methylated also have this hyper-condensed structure and the methylation is very important in establishing this configuration. It’s one of the mechanisms used to keep certain genes switched off for decades in long-lived cell types such as neurons.

But what about those regions that aren’t screwed down tight, where there are genes that are switched on or have the potential to be switched on? This is where the histones really come into play. There is so much more to histones than just acting as a molecular reel for wrapping DNA around. If DNA methylation represents the semi-permanent additional notes on our script of Romeo and Juliet, histone modifications are the more tentative additions. They may be like pencil marks, that survive a few rounds of photocopying but eventually fade out. They may be even more transient, like Post-It notes, used very temporarily.

A substantial number of the breakthroughs in this field have come from the lab of Professor David Allis at Rockefeller University in New York. He’s a trim, neat, clean-shaven American who looks much younger than his 60 years and is exceptionally popular amongst his peers. Like many epigeneticists, he began his career in the field of developmental biology. Just like Adrian Bird, and John Gurdon before him, David Allis wears his stellar reputation in epigenetics very lightly. In a remarkable flurry of papers in 1996, he and his colleagues showed that histone proteins were chemically modified in cells, and that this modification increased expression of genes near a specific modified nucleosome[26].

The histone modification that David Allis identified was called acetylation. This is the addition of a chemical group called an acetyl, in this case to a specific amino acid named lysine on the floppy tail of one of the histones. Figure 4.4 shows the structures of lysine and acetyl-lysine, and we can again see that the modification is relatively small. Like DNA methylation, lysine acetylation is an epigenetic mechanism for altering gene expression which doesn’t change the underlying gene sequence.

Figure 4.4 The chemical structures of the amino acid lysine and its epigenetically modified form, acetyl-lysine. C: carbon; H: hydrogen; N: nitrogen; O: oxygen. For simplicity, some carbon atoms have not been explicitly shown, but are present where there is a junction of two lines.


So back in 1996 there was a nice simple story. DNA methylation turned genes off and histone acetylation turned genes on. But gene expression is much more subtle than genes being either on or off. Gene expression is rarely an on-off toggle switch; it’s much more like the volume dial on a traditional radio. So perhaps it was unsurprising that there turned out to be more than one histone modification. In fact, more than 50 different epigenetic modifications to histone proteins have been identified since David Allis’s initial work, both by him and by a large number of other laboratories[27]. These modifications all alter gene expression but not always in the same way. Some histone modifications push gene expression up, others drive it down. The pattern of modifications is referred to as a histone code[28]. The problem that epigeneticists face is that this is a code that is extraordinarily difficult to read.

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