?

。回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝הפתרוןהמדהיםהזהנותןמענהלבעיהשלאחסוןמולקולהארוכהביותרבתוךהחללהקטןשלהגרעין。קוטרושלגרעיןהתאהואכעשיריתמעוביהשלשערהאנושיתבלבד!האםתוכלולדמייןשאתםמכניסיםלחללקטןכלכךכמותדנ”אאנושיכזושאםהיומותחיםאותהמקצהלקצהאורכההיהכמטראחד吗?”

בצורההארוזההזו,הדנ”אכרוךסביבלחלבוניםשנקראיםהִיסְטוֹנִים， (איור1)．לאריזההזוישתבניתמדויקת,עםקצתפחותמשניסיבוביםשלדנ”אסביבלמיקבץשלשמונההיסטונים。עשוילהישמעמוזרשהוֹסָפַתחלבוניםתגרוםלדנ”אלהיותקומפקטייותר。אךהאםאיפעםניסיתםלאחסןצינורגינה吗?אםכן,אתםיודעיםשסיבובוסביבלמבנהגלילייכוללהקלביותרעלהעבודה。הדנ”אעטוףסביבלשמונההיסטונים,אשריוצריםמבנהשנקראנוקלאוזום．►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►כְרוֹמָטִין［1］．

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„

מדעניםמעריכיםשבגֶנוֹםהאנושיישיותרמ-20400גֶּנִיםשמקודדיםמידעעבוריצירתחלבונים。זהנשמעהרבה,אךחלבוניםחשוביםבמיוחדלתפקודשלגופנוולהתפתחותוהתקינה,ולכןאנוזקוקיםלהם。אולםאיננוזקוקיםלכולםבאותוהזמן,ובתוךתאבודדקשהלהתמודדעםייצורוניהולשלכלכךהרבהסוגיחלבוניםבמקביל。לפיכך,רקמספרחלבוניםמיוצריםבאותוהתא,והמשמעותהיאשרקכמהגֶּניםפעילים(“מודלקים”)בזמןנתוןבכלתא。הגניםש”מודלקים”יקבעומההתאיכוללעשות——מהותפקודו。חלקמהגניםצריכיםלהיותפעיליםביותרמאזוראחדבגוףאוסוגתאאחד,בעודשגניםאחריםפעיליםרקבתאיםמסוימים。

דנ”אשארוזטוב,כרוךבמהודקסביבלהיסטונים,אינונגישלמנגנוןהתאישקוראאתהמידעמהדנ”אוהופךאותולחלבונים。דספרם。אינכםיכוליםלקרואאתמהשכתובבעמודיםהאלה!כדישתוכלולעשותזאתהםצריכיםלהיותנגישיםעבורכם。האריזהשלדנ”אפועלתבאופןדומה:חלקיהכרומטיןשישלקרואצריכיםלהפוךנגישים,אופתוחים。תהליךהפתיחהקובעאֵילוּגניםיהיופעילים(היכןהכרומטיןנגיש)אולאפעילים(היכןהכרומטיןבלתינגיש)。

התהליךשלפתיחתהכרומטיןחשובלתפקודתקיןשלכלהתאים。הואמְעָרֵבמִכְלוֹלִיםשלחלבוניםשגורמיםלדנ”אלהיותנגישלחלבוניםאחרים,שאזיכוליםלקרואאתהמידעמהדנ”א,אולתקןנזקים。במהלךהיפתחותהכרומטין,מכלוליהחלבוניםמשניםאתהדנ”אוההיסטוניםעלידיהוספתקבוצותכימיותקטנות(איור2)．הקבוצותהכימיותהאלהמשנותאתהאופןשבונוקלאוזומיםמתחבריםזהלזה,ומשפיעיםעלהמבנהשלהכרומטיןבאותוהאזור。הקבוצותהכימיותגםיכולותלהחלישאתהאינטראקציותביןהיסטוניםלביןדאנ”。זהגורםלהיסטוניםלהחליקלאורךהדנ”א,אולדנ”אלהיפרםמההיסטונים,מהשהופךאתהדנ”אלנגיש。מדעניםעדייןמנסיםלהביןכיצדמכלוליהחלבוניםבוחריםאֵילוּנוקלאוזומיםלשנות。

המצבשלהכרומטין(אםהואפתוחאולא)משתנהכלהזמן。אחריהפריהשלביצית,מכלוליחלבוניםמההוריםמתוויםאתהשינוייםהראשונים。בשלביההתפתחותהמוקדמים,הדנ”אשלהעוברלוקחפיקוד。לאחרמכן,הדנ”אשלומתחיללשלוטעלאֵילוּחלקיםבכרומטיןיהיופתוחיםוסגורים。

התגליתשלהשינוייםהאלהבמצבהכרומטיןמשכהאתתשומתליבםשלמדענים,והולידהתחוםמחקרחדשלחלוטיןשנקראאֶפִּיגֶנֶטִיקָה．。התחוםמתייחסלשינוייםשלאמשפיעיםעלרצףהדנ”אעצמו,ועדייןישלהםהשפעהמשמעותיתעלאֵילוּגניםפעילים。האֶפִּיגֶנוֹם„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„השינוייםהאפיגנטייםהאלה。

?

גורמיםרביםמשפיעיםעלהאפיגנוםשלאורגניזםכמוגיל,סביבה,אורחחייםומצבבריאותי。שינוייםאפיגנטייםשחליםבעקבותגורמיםאלהיכוליםלהחזיקמעמדלתקופותזמןארוכות。כאשרתאמתחלק,השינוייםהאפיגנטייםשלומועבריםהלאהלדורהתאיםהבא。מענייןשהמצבהזהשונהבתאירבייה——מרביתהשינוייםהאפיגנטייםנמחקיםבמהלךהִתְרַבּוּת。בקרבחיות,השינוייםשנשאריםנמשכיםרקלדוראחדאושניים。האפיגנוםשלאורגניזםהואגמיש,מהשאומרשהואכלהזמןמשתנה。הואמעוצבבתגובהלסְטְרֶס(עָקָה),כאשרהשינוייכוללהימשךמשעותועדלחודשים,שנים,אואפילוחייםשלמים。לדוגמה,האפיגנוםשלעכבריםשחשופיםלמצביםמלחיציםמאודיכוללהשתנות,באופןשעשוילהשפיעעלהתנהגותם。העכבריםנעשיםמדוכאיםבמשךימיםאומספרשבועות[2］．גםאצלאנשיםנצפהשינויבאפיגנוםבהתאםלסביבה。לדוגמה,לאדםהמקפידעלתזונהבריאהאומנהלחייםעםמעטסטרס,יהיהאפיגנוםשונהמזהשלאדםשאינומקפידעלתזונהבריאה,אומנהלחייםמלאילחץ。

סטרסים

שינוייםאפיגנטייםחליםבכלהאורגניזמיםלרבּותחיידקיםואפילוצמחים。למחקרשלאפיגנטיקהבצמחיםישהיסטוריהארוכהועשירה。צמחיםמומחיםלשינוייםאפיגנטיים,ומגווןהדרכיםשבהןצמחיםמשניםאתהאפיגנומיםשלהםהואיוצאדופן!מאחרשאינםמסוגליםלנועאולברוחמסביבתם,צמחיםצריכיםלהתמודדעםתנאיםטבעייםמגוונים。שינוייםאפיגנטייםמסייעיםלצמחיםלהסתגללתנאיםהאלה。

בצמחים,שינוייםאפיגנטייםיכוליםלהימשךדורותרבים。מדעניםמרותקיםמכךותוהיםאםירושהשלהשינוייםהאלהתורמתלמגווןשלצמחיםולאבולוציהשלהם,אואוליהשינוייםמסייעיםלצמחיםלהסתגללתנאיםחדשים。שמירהעלשינוייםאפיגנטייםעשויהלסייעלאוכלוסיותצמחיםבכךשהיאמקנהלמספרדורותרצופיםליישםאתההתאמההחדשהלסביבה。

מדעניצמחיםמשתמשיםבצמחשנקראתּוּדְרָנִיתלבנה(拟南芥)במטרהלענותעלהרבהשאלותחשובותבאפיגנטיקה,כמולמשלכיצדשינוייםאפיגנטייםנוצרים,וכיצדהםעובריםבתורשה。תודרניתלבנהאידיאליתלכך:הצמחגדלבמהירות——בתוךפחותמשלושהחודשיםהואמשליםמחזורגדילהאחד,מהיותוזרעועדלמצבשהואמייצרזרעים。צמחזהיכוללבצעהפריהעצמית,כלומרהאבקניםשלפרחאחדיכוליםלהאביקאתאותוהפרחשייצראותם。

באחדהניסויים,מדעניםבחנולמשךכמהדורותשינוייםאפיגנטייםמחזיקיםמעמד。הםהכליאוביןשניצמחיתודרניתלבנהשהיולהםרצפידנ”אזהים,אךאפיגנומיםשונים(איור3)．אתהצמחיםשנוצרועלידיההכלאההזו,המדעניםהפרובהפריהעצמיתבמשךדורותרבים。לאחרעשרהדורות,ההבדליםהאפיגנטייםעדייןהיונוכחים!כמוכןשינוייםאפיגנטייםשעברובתורשהגרמולצמחיםלהיבדלזהמזהבתכונותמסוימות。לדוגמה,חלקמהצמחיםהיוגבוהיםיותר,פרחומוקדםיותר,אוהיועמידיםיותרלמלחבאדמה[4，3.］．מתוצאותהניסויהזהוניסוייםדומים,מדעניםסבוריםשאפיגנטיקהחשובהלמגווןשלצמחים,ולאבולוציהשלהם。הידעהזהיכוללשמשאותנוליצירתיבוליםטוביםיותר!

מחקריםאפיגנטיים——הלכהלמעשה

ל。הםמסביריםוריאציותשונותביןאורגניזמיםוהתגובותשליהםלסביבה;מסייעיםלנולהביןכיצדהטבעמשפיעעלשונותבצורהובהתנהגותומסביריםכיצדהשינוייםהאלהמועבריםמדוראחדלדורהבא。

כעתאתםיודעיםשאפיגנטיקהיכולהלהסבירכיצדחלקיהגוףשלנושוניםכלכךזהמזה。אפיגנטיקהעשויהלסייעלחזותאתההשפעהשלמזגהאווירעלתפוקתיבולים。מכליאיצמחיםיכוליםלהשתמשבידעמאפיגנטיקהכדילפתחמגוונייבוליםשעמידיםיותרלתנאיסטרס。אפיגנטיקהמאפשרתלהסביראתמקורםשלסוגיסרטןמסוימים,גדילתםוהתפשטותם。אפיגנטיקהשלסרטןיכולהלשפראבחוניםשלהמחלהלסוגיה,וטיפוליםבה。תחוםמחקרזהיכולגםלהציעתובנותלגביהאופןשבואנשיםשחוליםבמחלותמסוימותמגיביםאחרתלאותוטיפול。מספרהיישומיםשלאפיגנטיקהגדלכלהזמן,והואצפוילהמשיךולהשפיעעלחיינובהרבהדרכיםמועילות!

מילוןמונחים

היסטונים(组蛋白)：↑חלבוניםשעלגביהםנארזומאורגןההדנ”אבתוךגרעיניהתאים。

נוקלאוזום(核小体)：↑חלקבדנ”אשכרוךסביבלשמונההיסטונים。

כרומטין(染色质)：↑מבנהשבנוימדנ”אומחלבונים,ומאפשרלדנ”אלהיותארוזבתוךהגרעין。

אפיגנטיקה(表观遗传学)：↑חֵקֶרשלשינוייםבדנ”אשאינםמְעָרְבִיםשינוייםברצףהדנ”א。

אפיגנום(表观基因组)：↑התיאורהשלםשלכלהשינוייםהאפיגנטייםשלדנ”אושלהיסטוניםבתוךגֶּנוֹםשלאורגניזם。

(表观遗传修饰)：↑תוספותהפיכותשלקבוצותכימיותעלגביהדנ”אאועלגביההיסטונים。ינייםליליםליר。

ינטרסים

המחבריםמצהיריםכיהמחקרנערךבהעדרכלקשרמסחריאופיננסישיכוללהתפרשכניגודאינטרסיםפוטנציאלי。

תודות

המחבריםרוציםלהודותל-亚历山大•冯•洪堡Stiftungמבון,גרמניה,עבורתמיכתוהכספיתדרךמענקהמחקרשניתןל-M-CC。

---

מקורות

[1]↑安农齐亚托，A. 2008。DNA包装:核小体和染色质。Nat,建造。1:26。

[２]↑孙，H. S，肯尼迪，P. J.和内斯特勒，E. J. 2013。抑郁大脑的表观遗传学:组蛋白乙酰化和甲基化的作用。神经精神药理学38:124-37。doi: 10.1038 / npp.2012.73

[3]↑科蒂乔，S.， Wardenaar, R.， Colomé-Tatché， M.， Gilly, A.， Etcheverry, M.， Labadie, K.等。2014。绘制复杂性状的表观遗传基础。科学343:1145-8。doi: 10.1126 / science.1248127

[4]↑Kooke, R.， Johannes, F.， Wardenaar, R.， Becker, F.， Etcheverry, M.， Colot, V.等。2015。植物形态变异和表型可塑性的表观遗传基础拟南芥．植物细胞27:337-48。doi: 10.1105 / tpc.114.133025