גנטיקה

גנטיקה, הנקראת גם תורשה, היא חקר הגנים, הווריאציות שלהם והתורשה בתוך אורגניזם. הוא מחולק לשלוש קבוצות משנה: גנטיקה קלאסית, גנטיקה מולקולרית ו- אפיגנטיקה.

גנטיקה קלאסית

גנטיקה קלאסית היא התחום העתיק ביותר בגנטיקה. זה מתחקה אחר גרגור מנדל, שתיאר את תהליך הירושה של תכונות תורשתיות מונוגניות (תכונות שהביטוי שלהן נקבע רק על ידי אחת גֵן). עם זאת, הכללים של מנדל חלים רק על אורגניזמים שירשו שתי קבוצות של הכרומוזומים משני ההורים, וזה המקרה עם מרבית הצמחים ובעלי החיים. עם הגילוי של גֵן הצמדה, הקובעת שחלק מהגנים המקודדים תכונה מסוימת עוברים בירושה יחד, הכלל של מנדל שכל הגנים מתחלקים באופן עצמאי במהלך מיוזה (תהליך חלוקת תאים המפחית את מספר הכרומוזומים בחצי ומתרחש במהלך הרבייה המינית) הופרכ והכללים של מנדל עצמם הועמדו בספק. הכלל האמור חל רק על גנים הנמצאים באותו כרומוזום - ככל שהוא קרוב יותר גֵן מרחק, כך גדל הסבירות לירושה משותפת. לאחר תגליות כמו הקוד הגנטי (DNA ו- mRNA) או שיבוט (שיטות להשגה וכפילות זהות של DNA), הגנטיקה התפתחה מעבר לגנטיקה הקלאסית.

גנטיקה מולקולרית

גנטיקה מולקולרית, הנקראת גם ביולוגיה מולקולרית, היא החלק בגנטיקה העוסק במבנה, בתפקוד ובביוסינתזה של חומצות גרעין חומצה דאוקסיריבונוקלאית (DNA) ו- חומצה ריבונוקלאית (RNA) ברמה המולקולרית. יתר על כן, גנטיקה מולקולרית עוסקת באינטראקציה ברמה המולקולרית זה עם זה ועם שונים חלבוניםוכן חקר ביטוי גנים (מידע גנטי של גן), ויסות גנים (שליטה בפעילות הגנים) ותפקוד החלבון בתוך תא ספציפי. טכניקות ביולוגיה מולקולריות מיושמות בעיקר על מחקר ברפואה ובביולוגיה. דוגמאות לטכניקות נפוצות כוללות תגובת שרשרת פולימראז (PCR; הגברה במבחנה של DNA), שיבוט דנ"א ומוטגנזה (יצירת מוטציות בגנום של אורגניזם חי). הנושא קיבל את שמו בשנת 1952 על ידי הביולוג המולקולרי והפיזיקאי ויליאם אסטברי, שמילא תפקיד מרכזי בעיצוב הגנטיקה המולקולרית.

אפיגנטיקה

אפיגנטיקה עוסק בתכונות מולקולריות תורשתיות שהבסיס שלהן אינו רצף ה- DNA. הקידומת epi- (ביוונית: επί) קובעת כי שינויים "על" ה- DNA נחשבים במקום. מבחינים בין תת-שדות של מתילציות (תוספת של קבוצות CH3) לבין שינויים בהיסטון (היסטונים = חלבונים עטוף על ידי DNA, שיחידתו "אוקטמר" מורכבת משני עותקים של החלבונים H2A, H2B, H3 ו- H4). המתילציה המרכזית של ה- DNA בבני אדם היא זו של ציטוזין בסיס הגרעין במה שמכונה איי CpG של DNA. באיים האמורים, גואנין בסיסים ואחריו בסיסי ציטוזין ("CpG dinucleotide"). 75% מאיי ה- CpG מנוהלים. השפעת המתילציות מתווכת על ידי קשירת מתיל חלבונים. אלה גורמים לסגירה של קונפורמציית הנוקלאוזום (נוקלאוזום = יחידת DNA ואוקטמר היסטון). כתוצאה מכך, הרבה יותר קשה לגשת לאתרים מתיליים על ידי גורמי שעתוק (TPFs, חלבונים שמתחברים ל- DNA ופועלים על פי תמלול). תלוי במיקום המתילציות, יש להם אפקט מעכב שעתוק (תעתיק = תעתיק של DNA ל- RNA) או אפקט משפר תעתיק. מתילציה מזורזת על ידי מגוון רחב של מתיל טרנספרזות DNA - דמטילציה (הסרת קבוצת המתיל) על ידי דמתילאזות. מתילציה נחשבת לפונקציה העתיקה ביותר מבחינה אבולוציונית במובן של השתקה קבועה של חלק גדול מהטרנספוזונים (אלמנטים דנ"א שיכולים לשנות את מיקומם (מיקום), לפיה הסרה או תוספת חדשה של יסודות אלה יכולה עוֹפֶרֶת לאירועי מוטציה בעלי אופי פתולוגי). אם מתילציות אלו ממוקמות באזורי היזם, הצטברותם של TPFs ספציפיים מצטמצמת משמעותית. לפיכך, תעתיק של קטע ה- DNA אינו אפשרי. מתילציות ברצפי ממריצים מונעות את הצמדת ה- TPF המשפרים את התעתיק. מתילציות ברצפים שאינם מווסתים מפחיתות את קצב התעתיק עקב זיקה מחייבת נמוכה של פולימראז ה- DNA ל- DNA. רק מתילציות ברצפי משתיקי קול של DNA יכול לתרום להגברת פעילות התעתיק, מכיוון שהם מונעים הצטברות גורמים מעכבי שעתוק. שינויים בהיסטון מאופיינים בתוספת של מגוון קבוצות כימיות לשרשראות הצדדיות חומצות אמינו של חלבוני היסטון. הנפוצים מביניהם הם אצטילציות ומתילציות. אצטילציה משפיעה רק על חומצת האמינו ליזין ומביא לנטרול הליזין הטעון באופן חיובי. ה יחסי גומלין עם ירידת ה- DNA הטעונה שלילית, מה שמוביל להתרופפות, כלומר לירידה בדחיסה, של קומפלקס ההיסטון-DNA. התוצאה היא נגישות מוגברת של גורמי תמלול. מתילציות היסטוניות משפיעות גם על מידת הדחיסה של קונפורמציית הנוקלאוזום. כאן, לעומת זאת, זה תלוי ב חומצות אמינו או חלבוני היסטון בין אם מתרחשת פתיחה או דחיסה. מאפיין מיוחד נוסף הוא נוכחות קוד היסטון. "רצף" של שינויים שונים בהיסטון מוביל בסופו של דבר לגיוס מה שמכונה כרומטין גורמי דוגמנות - בהתאם לסוג, חלבונים אלה מגדילים או מורידים את מידת ההתעבות של אישור הנוקלאוזום. תרפים (פרספקטיבה): מכיוון שדפוס המתילציה האופטימלי של תאים וסוגי תאים אינו ידוע במידה רבה, ולכן ניתן להצהיר רק הצהרות קלות לגבי יחס החלבון האידיאלי ביותר של התא, אך גם קוד ההיסטון נקבע באופן מקוטע, שינויים טיפוליים כרגע לא שימושי. עם זאת, בעתיד, הסדרת גבול והפחתת גנים עשויים להיות שימושיים לטיפול במחלות כגון גידולים, הפרעות נפשיות ומחלות אוטואימוניות, כמו גם במחלות אנטי אייג'ינג מִגזָר.