علم الوراثة اللاجينية

ما هو علم الوراثة اللاجينية؟

تلعب الجينات دورًا مهمًا في صحة الفرد وكذلك سلوكياته وبيئته، مثل ما يأكله الفرد ومدى نشاطه البدني، إن علم التخلق هو دراسة كيف يمكن لسلوكيات وبيئة الفرد أن تسبب تغييرات تؤثر على طريقة عمل الجينات، على عكس التغيرات الجينية، فإن التغييرات الوراثية اللاجينية قابلة للعكس ولا تغير تسلسل الحمض النووي الخاص بالفرد، لكن يمكنها تغيير كيفية قراءة الجسم لتسلسل الحمض النووي.

يشير التعبير الجيني إلى عدد المرات أو متى يتم تكوين البروتينات من التعليمات الموجودة في جينات الفرد، في حين أن التغييرات الجينية يمكن أن تغير نوع البروتين الذي يتكون، فإن التغييرات اللاجينية تؤثر على التعبير الجيني لتشغيل الجينات وإيقافها، إذ نظرًا لأن بيئة وسلوكيات الفرد، مثل النظام الغذائي والتمارين الرياضية يمكن أن تؤدي إلى تغييرات جينية فمن السهل رؤية العلاقة بين الجينات والسلوكيات والبيئة.

كيف يعمل علم التخلق؟

تؤثر التغيرات فوق الجينية على التعبير الجيني بطرق مختلفة، حيث تشمل أنواع التغيرات اللاجينية ما يلي:

مثيلة الحمض النووي:

يعمل مثيلة الحمض النووي عن طريق إضافة مجموعة كيميائية إلى الحمض النووي، وعادة تضاف هذه المجموعة إلى أماكن محددة على الحمض النووي، حيث تمنع البروتينات التي ترتبط بالحمض النووي لقراءة الجين، كما يمكن إزالة هذه المجموعة الكيميائية من خلال عملية تسمى نزع الميثيل، إذ عادةً ما يؤدي استخدام الميثيل إلى إيقاف تشغيل الجينات و تشغيل إزالة الميثيل.

تعديل هيستون:

الهستونات هي بروتينات يقوم الحمض النووي بالالتفاف حولها، ولا يمكن الوصول إلى الحمض النووي الملتف بإحكام حول الهيستونات بواسطة البروتينات التي تقرأ الجين، إذ تلتف بعض الجينات حول الهيستونات ويتم “إيقاف تشغيلها”، بينما لا يتم لف بعض الجينات حول الهيستونات ويتم تشغيلها، ويمكن إضافة المجموعات الكيميائية أو إزالتها من الهستونات وتغيير ما إذا كان الجين غير ملفوف أو ملفوف (“تشغيل” أو “إيقاف”).

الحمض النووي الريبي غير المشفر:

يتم استخدام الحمض النووي الخاص بالفرد كتعليمات لصنع الحمض النووي الريبي المشفر وغير المشفر، حيث يستخدم ترميز الحمض النووي الريبي في صنع البروتينات، كما يساعد (RNA) غير المشفر على التحكم في التعبير الجيني عن طريق الارتباط بـ (RNA) المشفر جنبًا إلى جنب مع بروتينات معينة لتحطيم (RNA) المشفر، بحيث لا يمكن استخدامه لصنع البروتينات، كما قد يقوم الحمض النووي الريبي غير المشفر أيضًا بتجنيد البروتينات لتعديل الهستونات لتشغيل الجينات أو “إيقاف تشغيلها”.

علم التخلق والتنمية:

تتغير الوراثة اللاجينية مع التقدم في العمر كجزء من التطور الطبيعي والشيخوخة واستجابة للسلوكيات والبيئة، حيث تبدأ التغيرات فوق الجينية قبل الولادة وكل الخلايا لديها نفس الجينات، ولكنها تبدو وتتصرف بشكل مختلف بينما تنمو وتتطور، وتساعد الوراثة اللاجينية في تحديد الوظيفة التي ستتمتع بها الخلية على سبيل المثال، ما إذا كانت ستصبح خلية قلب أو خلية عصبية أو خلية جلدية.

مثال على ذلك الخلية العصبية مقابل خلية العضلات: حيث تمتلك خلايا العضلات والخلايا العصبية نفس الحمض النووي، ولكنها تعمل بشكل مختلف، حيث تنقل الخلية العصبية المعلومات إلى خلايا أخرى في الجسم، وتحتوي الخلية العضلية على بنية تساعد في قدرة الجسم على الحركة، إذ يسمح علم التخلق المتوالي للخلية العضلية بتشغيل الجينات لجعل البروتينات مهمة لوظيفتها وإيقاف الجينات المهمة لوظيفة الخلية العصبية.

علم التخلق والعمر:

تتغير الوراثة اللاجينية طوال الحياة وتختلف الوراثة اللاجينية عند الولادة عن الوراثة اللاجينية أثناء الطفولة أو البلوغ، ومثال: ذلك دراسة حديثي الولادة مقابل 26 عامًا مقابل 103 عامًا، تم قياس مثيلة الحمض النووي في ملايين المواقع عند حديثي الولادة ومن يبلغ من العمر 26 عامًا و103 عامًا، فوجد أنه يتناقص مستوى مثيلة الحمض النووي مع تقدم العمر، إذ كان لدى المولود الجديد أعلى مثيلة للحمض النووي وكان لدى الطفل البالغ من العمر 103 أعوام أقل مثيلة للحمض النووي، وكان لدى الطفل البالغ من العمر 26 عامًا مستوى مثيلة الحمض النووي بين المولود الجديد و103 أعوام، وليست كل التغيرات اللاجينية دائمة حيث يمكن إضافة أو إزالة بعض التغييرات اللاجينية استجابة للتغيرات في السلوك أو البيئة.

علم التخلق والصحة:

يمكن أن تؤثر التغيرات فوق الجينية على الصحة بطرق مختلفة:

الالتهابات:

يمكن أن تغير الجراثيم علم التخلق الخاص بالفرد لإضعاف جهاز المناعة لديه، وهذا يساعد الجراثيم على البقاء، مثال: المتفطرة السلية إذ تسبب المتفطرة السلية مرض السل، ويمكن أن تسبب العدوى بهذه الجراثيم تغييرات في الهيستونات في بعض الخلايا المناعية التي تؤدي إلى إيقاف جين (IL-12B) ويؤدي إيقاف تشغيل جين (IL-12B) إلى إضعاف جهاز المناعة لدى الفرد وتحسين بقاء المتفطرة السلية.

السرطان:

بعض الطفرات تجعل الأفراد أكثر عرضة للإصابة بالسرطان وبالمثل، فإن بعض التغييرات فوق الجينية تزيد من خطر الإصابة بالسرطان على سبيل المثال، وجود طفرة في جين (BRCA1) تمنعه ​​من العمل بشكل صحيح يجعل الفرد أكثر عرضة للإصابة بالثدي وأنواع أخرى من السرطان.

وبالمثل فإن زيادة مثيلة الحمض النووي التي تؤدي إلى انخفاض التعبير الجيني (BRCA1) تزيد من خطر الإصابة بسرطان الثدي وسرطانات أخرى، في حين أن الخلايا السرطانية قد زادت مثيلة الحمض النووي في جينات معينة، فإن مستويات مثيلة الحمض النووي الكلية أقل في الخلايا السرطانية مقارنة بالخلايا الطبيعية يمكن أن يكون للأنواع المختلفة من السرطان التي تبدو متشابهة أنماط مختلفة من مثيلة الحمض النووي.

يمكن استخدام علم التخلق للمساعدة في تحديد نوع السرطان الذي يعاني منه الشخص أو يمكن أن يساعد في العثور على السرطانات التي يصعب اكتشافها في وقت مبكر، ولا يستطيع علم التخلق وحده تشخيص السرطان وستحتاج السرطانات إلى التأكيد بإجراء مزيد من اختبارات الفحص.

التغذية أثناء الحمل:

يمكن لبيئة وسلوك المرأة الحامل أثناء الحمل مثل ما إذا كانت تأكل طعامًا صحيًا أن يغير التخلق الوراثي للطفل، كما يمكن أن تستمر بعض هذه التغييرات لعقود، وقد تجعل الطفل أكثر عرضة للإصابة بأمراض معينة.

المجاعة الشتوية للجوع الهولندي:

كان الأشخاص الذين كانت أمهاتهم حاملين بها أثناء المجاعة أكثر عرضة للإصابة بأمراض معينة مثل أمراض القلب والفصام والسكري من النوع 2، وبعد حوالي 60 عامًا من المجاعة نظر الباحثون في مستويات المثيلة لدى الأشخاص الذين حملت أمهاتهم بها أثناء المجاعة، وزاد هؤلاء الأشخاص من المثيلة في بعض الجينات وقللوا المثيلة في جينات أخرى مقارنة بإخوتهم الذين لم يتعرضوا للمجاعة قبل ولادتهم، ويمكن أن تساعد هذه الاختلافات في المثيلة في تفسير سبب زيادة احتمالية إصابة هؤلاء الأشخاص بأمراض معينة في وقت لاحق من الحياة.