Epigenetikk er forandringer i genuttrykk som gir  korttidstilpasning til endringer i ytre miljøbetingelser og et stressfylt miljø, og som ikke har har sin årsak i nukleotidsekvensen i DNA, men skyldes bare kjemiske endringer i nukleinsyrer eller DNA-bindende proteiner.

Epigenomikk er studiet av alle epigenetiske endringer i genomet. Epigenom er en kjemisk endring i DNA og kromatin uten å påvirke nukleotidsekvensen, men som allikevel gir en miljøtilpasset uttrykk av gener. Selv om DNA-sekvensen er uforandret skjer det epigenetiske endringer i genomet via metylering av basen cytosin i DNA, eller metylering og acetylering av proteiner som deltar i pakking av kromosomene. Siden det ikke skjer endringer i nukleotidsekvensen er endringen reversibel. 

En epigenetisk endring kan bli overført fra celle til celle innen en organisme via vanlig celledeling (mitose), men er ikke uten videre arvelig. Etter neo-Darwinismen ble Lamarcks evolusjonshypotese, lamarckisme,  forkastet, og det var tabu å mene at ervervede egenskaper kan nedarves. Imidlertid er det indikasjoner på noen epigenetiske endringer kan bli overført fra en generasjon til den neste via kjønnscellene (gametene).  

Arvbare epigenetiske forandringer kalles paramutasjoner eller epimutasjoner. Man begynner å spørre seg om epigenetikk kan bidra til evolusjon av arter, og hvor stabil den epigenetiske endringen er. Genomisk preging er en epigenetisk forandring, som avhenger av hvilke av de to allelene man arver fra sine foreldre blir uttrykt i bestemte utviklingsstadier i organismen. DNA-metylering gir genomisk preging og påvirker uttrykk av allelene (genutgavene) til de hannlige og hunnlige gametene, såkalte paternale uttrykte gener hos hannen og maternale uttrykte gener hos hunnen .

I evolusjonær sammenheng kan man diskutere foreldrekonflikt-teori i embryogensen hos arter med med individer som har to atskilte kjønn, hvor hannen profitterer på maksimal overføring av ressurser til embryo, mens hunnen under dårlig ressurstilgang vil tjene på å redusere denne overføringen. Det er konvergent evolusjon av genetisk preging i dyr og planter. Endosperm i frøet som ernærer embryo er en funksjonell analog til placenta i pattedyr.

Epigenetiske endringer hos planter kan skje under utviklingene av hannlige gameter (mikrogametogenese) og hunnlige gameter (makrogametogenese), eller under embrogenesen når hannlige og hunnelige alleler uttrykkes etter den doble befruktningen i embryosekken. I tillegg til epigenetiske markører inneholder cellene titusenvis av  små dobbelttrådet interfererende RNA (siRNA) som deltar i reguleringen av genuttrykk. Transposoner og retrotransposoner kan også bli metylert og aktiviteten deres påvirket. Det finnes epigenetiske endringer i enkeltceller som vokser i cellekultur , såkalt somaklonal variasjon.

Vernalisering er en lavtemperaturbehandling som induserer blomstring hos vinterettårige og toårige planter, hvor den lave temperaturen over flere uker blir registrert som en epigenetisk endring og ”hukommelse” i genomet. Vernalisering er en kuldeindusert epigenetisk slukking av genet FLC som koder for en represser som hindrer blomstring. Når genet FLC blir avskrudd blir det heller ikke dannet noen repressor, og planten kan starte blomstringsinduksjon når vekstforholdene er gode.

Vernalisering hos vinterkultivarene høstrug og høsthvete ble studert av  Trofim Lysenko som drev politisk styrt genetikk- og landbruksforskning i Sovjetunionen i Stalin-tiden helt fram til Nikita Khrusjtsjov kom til makten. Lysenko hadde ingen tro på Mendelsk genetikk og tidkrevende krysningsforsøk, men mente han kunne frembringe nye kornsorter ved å endre det ytre miljø,  tanker som var forenelig med den kommunistiske ideologien. Lysenkos forsøk kan betraktes i nytt lys med dagens kunnskap om epigenetikk .

Symmetrien i blomsten hos lintorskemunn (Linaria vulgaris) kan bli endret epigentisk via  metylering av et gen som gir en radiærsymmetrisk blomst. Effekten av beitende dyr eller en predator kan indusere forsvarsmekanismer som har en epigenetisk årsak, for eksempel hår blader, torner hos hos dafnier, eller fisk med høyere ryggfinne. Hos pattedyr mener noen at sult  eller stress i graviditetsperioden kan via epigenetikk påvirke fettlagringsegenskaper og gemyttet hos avkommet. Her er det imidlertid mange spørsmålstegn og usikkerhet om hva som skyldes hva, og hvorfor.

Metylering vil si å hekte en metylgruppe på et molekyl, hos organismene katalysert av enzymene metyltransferaser. Metylgruppen kan komme fra en aktivert form av aminosyren metionin, S-adenosyl-methionin eller metylmetionin, eller fra folat (vitamin B9) i form av tetrahydrofolat som i tillegg til andre funksjoner kan virke som en metyl-donor.

Histoner er proteiner som pakker DNA i nukleosomer. Histonene har en hale med ca. 40 aminosyrer som stikker ut fra nukleosomet og som kan bli endret via metylering av aminosyren lysin, katalysert av histon metyltransferaser. En, to eller tre metylgrupper kan hektes på lysin. Metylering gir konformasjonsendringer i histoner og påvirker således aktiviteten til gener.

En annen type endring er acetylering av histoner katalysert av histon acetyltransferase. Gener blir vanligvis aktivert etter acetyleringen og inaktivert ved fjerning av acetyl, katalysert av histon deacetylase. Metylgruppene kan fjernes via enzymet demetylase, for eksempel metylcytosin omdannes tilbake til vanlig cytosin. Både metylering og deacetylering undertrykker genekspresjon. Studiet av epigenetiske endringer er et meget aktivt forskningsfelt.

Foreslå endringer i tekst

Foreslå bilder til artikkelen

Kommentarer

Har du spørsmål om artikkelen? Skriv her, så får du svar fra fagansvarlig eller redaktør.

Du må være logget inn for å kommentere.