Genetika a epigenetika

S rozlúštením ľudského genómu sa objavujú netušené záhady. Napríklad prekvapivé je zistenie, že hustota génov v ľudskom genóme je veľmi nízka. Len približne 2-3% našej DNA (zhruba 20-25 tisíc génov) zodpovedá za kódovanie bielkovín. Zvyšok sú tzv. nekódujúce sekvencie, ktorým zatiaľ celkom nerozumieme. Gény sú úseky DNA kódujúce buď proteín, alebo niektorú z druhov RNA. Sú najdôležitejšou časťou ľudského genómu, lebo obsahujú základné informácie pre život organizmu. V chromozómoch sú rozložené nerovnomerne. Niektoré chromozómy majú oveľa väčšiu génovú hustotu ako ostatné (napr. chromozóm 19 a 22 majú vyššiu génovú hustotu a naopak chromozóm Y a 18 relatívne nízku). Jednotlivé gény sú od seba oddelené nekódujúcimi sekvenciami. Vieme, že táto nekódujúca DNA je veľmi rôznorodá a nehomogénna. Sú tu nahromadené parazitické elementy (transpozóny), ktoré majú negatívny vplyv na stabilitu genómu. V oblastiach nekódujúcej DNA sa nachádzajú objemné heterochromatínové štruktúry v kritických oblastiach chromozómu, ako sú centroméry, kde pravdepodobne hrajú významnú úlohu pri bunkovom delení.

Ďalej sú to gény, ktoré sú pozostatkom dávnych vírusových infekcií. Na objasnenie tejto neznámej zložky genómu existuje projekt ENCODE (Encyclopedia of DNA Elements; https://www.encodeproject. org/), ktorý je mladším bratom projektu HUGO. Projekt ENCODE má za úlohu mapovať všetky elementy v genóme bez ohľadu na to, či kódujú alebo nekódujú bielkoviny a priradiť im funkčný význam. Prekvapivým zistením ENCODE bolo, že skrytá časť genómu nie je neaktívna, ale produkuje rôzne nekódujúce molekuly RNA. Jednu skupinu tvoria molekuly mikroRNA (miRNA), ktoré majú významnú regulačnú úlohu pre gény kódujúce bielkoviny. Odhaduje sa, že v ľudskom genóme je približne 3 000 rôznych miRNA a každá z nich môže regulovať jeden alebo viac génov. Tradičné vnímanie génu zloženého z promótora (riadiacej jednotky), kódujúcej sekvencie (exonu) a nekódujúcich intrónov sa tým komplikuje. Ďalším výstupom projektu ENCODE sú epigenetické mapy rozloženia neobvyklých báz v genóme (https://neomorph.salk.edu/ human_methylome/).

U ľudí sú významné štyri druhy epigenetických mechanizmov - metylácia DNA, chemická modifikácia histónov, činnosť nekódujúcej RNA a ATP dependentná remodelácia chromatínu. Je dokázané, že epigenetické mechanizmy súvisia s etiopatogenézou celého radu duševných porúch a následne aj s ich liečbou.

Príklady epigenetickej transgeneračnej dedičnosti boli popísané pri baktériách, prvokoch, hubách a rastlinách. Vlastnosti prostredia ako sú svetlo, teplota, výživa, gravitácia, tlak, stres, prítomnosť predátora ale aj faktory ako je nedostatočná starostlivosť matky alebo zlá výživa, môžu do značnej miery ovplyvniť chovanie živého jedinca. Napríklad myši generácie F0 boli pred počatím vystavované elektrickým šokom pri vôni acetofenonu. Na experimente by nebolo nič prekvapivé, keďže jedná o klasický podmienený reflex Pavlovova typu, keby potomkovia týchto "poučených zvierat" v F1 a F2 generácii nevykazovali ustrašené reakcie v prítomnosti tejto vôni (nie však voči iným vôňam), hoci u nich už podmieňovanie neprebehlo. V spermiách samcov F0 a F1 generácie bolo zaznamenané zníženie obsahu 5mC ( metylovaný cytozín ) v génoch pre špecifické receptory dané olfaktorické dráhy. Ďalej bola zistená ďalšia modifikovaná forma cytozínu a to 5-hydroxycytozín (5-hmC). Ten může být významný pri regulácii génovej expresie a je bohato zastúpený v niektorých nervových bunkách.