Всі клітини багатоклітинного організму мають однаковий геном. але, якщо бути точними, то це не зовсім так - настільки довгий спадковий код не може копіюватися неісчісляемое кількість разів, щоб при цьому не було помилок. Це схоже на виробничий процес: конвеєрна стрічка видає якийсь продукт і кожен екземпляр чимось незначно відрізняється від іншого.
«Помилки» в копіях генетичного коду в більшості випадків залишаються непоміченими - з огляду на його надмірності і взаємозамінності однієї амінокислоти або триплетів іншими, які не ведуть до смисловим змін генетичного коду. Таким чином, помилки в генетичному коді при його копіюванні неминучі, причому нешкідливі вони далеко не завжди - і це становить мутационную теорію виникнення раку.
Однаковість генома не дозволяє пояснити величезну кількість клітинних різновидів в організмі. Яким чином один набір хромосом формує сотні і тисячі клітин, що відрізняються по розташуванню і функцій? Якщо геном однаковий, а клітини різні, значить, повинні бути задіяні якісь механізми, не пов'язані з послідовністю нуклеотидів в ланцюжку ДНК.
Саме ці зміни і називають епігенетичними. «Epi» в перекладі з грецького означає фактори, які впливають «поверх» або «на додаток» до генетичних, - під їх впливом відбувається вмикання і вимикання певних генів.
Існує три основних способи надгеномного регулювання - епігенетичні механізми.
- Метилирование ДНК - приєднання метильної групи до цитозин, розташованому в ланцюжку ДНК перед гуаніном. В результаті на нитки ДНК з'являються метильние групи у вигляді «йоржиків-наростів». Вони створюють механічні перешкоди для просування по ланцюгу ДНК фрагмента транскриптази (синтезує «зліпок» з ДНК у вигляді РНК; остання йде в рибосоми, які здатні перетворювати інформацію безпосередньо в білок).
За допомогою цього механізму відбувається активація / інактивація гена. Запуск процесу забезпечують три ферменту, звані ДНК-метилтрансферази. Найчастіше метилювання пригнічує активність гена, а деметилювання - його експрессірует, хоча можливі варіанти, коли метилювання блокує ділянку ДНК, призначений для гальмування роботи сусідніх генів. В останньому випадку ген, навпаки, «запускається».
2. Модифікація гістонів - ряд процесів, які змушують «котушку розкручуватися» і звільняти накручену на гистон ДНК. Найбільш вивчений спосіб звільнити ДНК від гистона (модифікувати його) - процес ацетилювання / деацетилювання. Приєднання до «хвоста» гистона ацетильной групи (залишку оцтової кислоти СН 3 СО) змінює його позитивний заряд на нейтральний. В результаті розпадається чіткий зв'язок з негативною зарядженими фосфатними групами в ДНК.
Гістон від'єднується від ДНК, а на його місце «підсаджуються» чинники, які запускають транскрипцію.
3. Синтез мікроРНК. Це особливий клас коротких (19-25 нуклеотидів) молекул РНК, що не несуть будь-якої закодованої інформації. Однак мікроРНК можуть зв'язуватися з частково комплементарними областями в молекулі цільової інформаційної РНК (іРНК). В результаті цього процесу трансляція (власне синтез білка в рибосомах) стає неможливим також по чисто механічним причин. Дефектна іРНК надходить на деградацію - в такому вигляді вона не потрібна.
Таким чином, приєднання метильної групи у регуляторній (промоторной) області пухлина-супресорних генів (метилювання ДНК) в поєднанні з приєднанням ацетильную залишку до гістонів хроматину (ацетилювання гістонів) активує генну експресію. Протипухлинна захист організму при цьому різко знижується.