Введение

Биологический термин. Эпигеном состоит из совокупности химических изменений в ДНК и гистонных белках организма; эти изменения могут передаваться потомству через трансгенерационное эпигенетическое наследование. Изменения в эпигеноме могут приводить к изменениям структуры хроматина и функции генома. Эпигеном участвует в регуляции экспрессии генов, развитии, дифференцировке тканей и подавлении транспозонов. В отличие от лежащего в основе генома, который остается в основном статичным в течение жизни организма, эпигеном может динамически изменяться под воздействием факторов окружающей среды.

Рак

Эпигенетика – активно изучаемая область в современных исследованиях рака. В опухолях человека наблюдается значительное нарушение паттернов метилирования ДНК и модификаций гистонов. Аберрантный эпигенетический ландшафт раковой клетки характеризуется глобальным геномным гипометилированием, гиперметилированием промоторов генов-супрессоров опухолей, изменением гистонного кода критически важных генов и общей потерей моноацетилированного и триметилированного гистона H4.

Старение

Идея о том, что повреждение ДНК является движущей силой старения, нарушая транскрипцию и репликацию ДНК, широко поддерживается с момента ее первоначальной разработки в 1980-х годах. В последние десятилетия накапливались данные, подтверждающие дополнительную идею о том, что повреждение ДНК и механизмы ее восстановления вызывают масштабные изменения эпигенома, которые также способствуют старению (например). Эти изменения эпигенома включают возрастные изменения в паттернах метилирования ДНК и модификации гистонов. Достижения в технологиях секвенирования теперь позволяют проводить анализ эпигеномных состояний генома с использованием различных молекулярных методологий. Для изучения эпигенома были созданы или предложены микро- и наноустройства. В 2010 году стартовала международная инициатива по анализу эталонных эпигеномов в рамках Международного консорциума эпигенома человека (IHEC). Члены IHEC стремятся получить как минимум 1000 эталонных (базовых) эпигеномов человека из различных типов нормальных и патологически измененных клеток человека.

Проект "Дорожная карта" по эпигеномике

Одна из целей проекта "Эпигеномическая дорожная карта" NIH – создание референтных человеческих эпигеномов на основе данных, полученных от нормальных, здоровых людей, с использованием широкого спектра клеточных линий, первичных клеток и первичных тканей. Данные, полученные в рамках проекта и доступные для просмотра и скачивания из Атласа эпигенома человека, относятся к пяти типам, которые анализируют различные аспекты эпигенома и последствия эпигеномных состояний (например, экспрессию генов):

Модификации гистонов – Секвенирование иммунопреципитации хроматина (ChIP-Seq) выявляет закономерности модификаций гистонов во всем геноме с использованием антител к этим модификациям. Метилирование ДНК – Целогеномное бисульфитное секвенирование, редукционное бисульфитное секвенирование (RRBS), секвенирование иммунопреципитации метилированной ДНК (MeDIP-Seq) и секвенирование с использованием метилирование-чувствительных рестрикционных ферментов (MRE-Seq) определяют метилирование ДНК в различных участках генома с разной степенью детализации, вплоть до уровня отдельных пар оснований. Доступность хроматина – Секвенирование гиперчувствительных участков DNase I (DNase-Seq) использует фермент DNase I для определения открытых или доступных областей генома. Экспрессия генов – РНК-секвенирование и микрочипы определяют уровни экспрессии генов, кодирующих белки. Экспрессия малых РНК – smRNA-Seq определяет экспрессию небольших некодирующих РНК, в основном микроРНК. Референтные эпигеномы, полученные от здоровых людей, позволят реализовать вторую цель проекта "Эпигеномическая дорожная карта" – изучение эпигеномных различий, возникающих при заболеваниях, таких как болезнь Альцгеймера.