اپی ژنومیکس

اپی ژنومیکس بر تجزیه و تحلیل تغییرات اپی ژنتیکی روی ماده ژنتیکی سلول متمرکز است که سرنخ های مهمی در مورد مکانیسم ها و عملکرد تنظیم ژن در بسیاری از ژن های سلول یا ارگانیسم فراهم می کند.

این رشته مشابه ژنومیکس و پروتئومیکس است که مطالعه برروی ژنوم و پروتئوم سلول است،میباشد.

ظهور اپی ژنومیکس فرصت های بی سابقه ای را برای توسعه درمان های جدید ، شناسایی اهداف منحصر به فرد برای داروسازی و سایر مداخلات درمانی و درک بهتر مبانی پاتولوژیک بیماری های انسانی را فراهم می کند.

احتمالا میخواهیدتفاوت اپی ژنومیک با اپی ژنتیک را بدانید،که می توان گفت : اپی ژنتیک بر فرآیندهایی متمرکز است که نحوه و زمان روشن شدن و خاموش شدن ژن های خاص را تنظیم می کنند.

روش های مورد استفاده مطالعات اپی ژنتیک متیلاسیون DNA ،اصلاح هیستون ها ،کانفورمیشن کروموزوم ها و دسترسی کروماتین هاست و فرایندهایی هستند که منجر به تغییرات اپی ژنتیکی ژنوم می شوندودر اپی ژنومیک مورد مطالعه قرار می گیرند.

برخلاف تغییرات ژنتیکی ، تغییرات اپی ژنتیکی روی DNA یا هیستون های سلول برگشت پذیر هستند و توالی DNA شما را تغییر نمی دهند،اما می توانند نحوه خواندن توالی DNA در بدن را تغییر دهند.

اصلاحات اپی ژنتیک نقش مهمی در بیان و تنظیم ژن دارند و در فرآیندهای سلولی متعددی مانند تمایز،تکامل و تومورزایی نقش دارند.

تنظیمات نادرست در سطح اپی ژنتیک می تواند منشا آسیب شناسی های جدی مانند اختلالات عصبی موثر بر رشد مغز ، تخریب عصب و ناتوانی ذهنی باشد.

باوجود پیشرفت های چشمگیر فناوری برای اپی ژنتیک ، هنوز نیاز به درک سیستماتیک نحوه اپی ژنتیک به شکل مدارهای سلولی و پاتوژنز بیماری وجود دارد.

برطبق اصل مرکزی زیست شناسی که  بیان می کند،زمانی که DNA یک سلول به RNA رونویسی می شود، پروتئین هایی ترجمه می شود که فرآیندها و عملکردهای سلولی را انجام می دهند،تفاوتی که وجود دارد این است که سلول ها پاسخ های متفاوتی به محرک های مختلف نشان می دهند و سلولهایی که مجموعه DNA یکسانی دارند مانند موجودات چند سلولی می توانند انواع عملکردها و فنوتیپ های متمایز را داشته باشند. دیدگاه های کلاسیک تغییر فنوتیپی را به تفاوت در ساختار DNA اولیه نسبت داده اند، اعم از جهش نابجا یا یک آلل توالی ارثی.در حالی که این اصل برخی از جنبه های تنوع را توضیح می دهد،اما توضیح نمی دهد که چگونه پاسخ های سلولی هماهنگ و تنظیم شده ، مانند تمایز ، انجام می شود.منبع احتمالی انعطاف پذیری سلولی از طریق تنظیم بیان ژن است ،در حالی که ممکن است دو سلول تقریبا DNA یکسانی داشته باشند،اما بیان متفاوت ژن های خاص منجر به تغییر می شود.

بیان ژن به این معنی است که پروتئین ها از طریق دستورالعمل های موجود در ژن شما اغلب چه زمانی ایجاد می شوند.در حالی که تغییرات ژنتیکی می توانند پروتئین ساخته شده را تغییر دهند،تغییرات اپی ژنتیکی بر بیان ژن ها تأثیر می گذارد تا ژن ها روشن و خاموش شوند. از آنجا که محیط و رفتارهای شما ، مانند رژیم غذایی و ورزش می تواند منجر به تغییرات اپی ژنتیکی شود، به راحتی می توان ارتباط بین ژن ها و رفتارها و محیط را مشاهده کرد.

تحقیقات نشان داده است که سلولها قادر به تنظیم بیان ژن در چندین مرحله هستند: رونویسی،پردازش و انتقال mRNA و همچنین در ترجمه پروتئین ، پردازش و تخریب پس از ترجمه.پروتئین های تنظیم کننده ای که به DNA ، RNA و یا پروتئین ها متصل می شوند ، تأثیرات کلیدی در این فرآیند هادارند و با تنظیم مثبت و یا منفی سطح و عملکرد ویژه پروتئین در یک سلول عمل می کنند.

برای درک بهتر موضوع به این مثال توجه کنید:

دوقلوهای یکسان که دقیقاً همان مجموعه ژن ها را از والدین خود به ارث می برند،می توانند با ویژگی های جسمی ، رفتارهای مختلف و حتی زمینه های ابتلا به بیماری متفاوت مواجه شوند.

چه طور ممکنه؟ چنین تفاوت هایی به این علت است که عوامل مختلف اپی ژنتیک بر فعال بودن یا نبودن ژن های خاص و همچنین در زمان و مکان فعال شدن این ژن ها تأثیر می گذارد. حتی ژنوم های یکسان از دوقلوها نیز می توانند تحت تغییرات اپی ژنتیکی متمایز قرار بگیرند.

هنگامی که یک گروه از محققان کروموزوم های دوقلوهای یکسان را تجزیه و تحلیل کردند، آنها اختلافاتی را در میزان برچسب گذاری DNA توسط گروه های متیل یافتند،فرآیندی معروف به متیلاسیون DNA که در تنظیم رونویسی ژن ها نقش دارد. این محققان دریافتند که هیستون های هر فرد یا پروتئین هایی که DNA هنگام فشرده شدن به کروموزوم ها در اطراف آنها می پیچد، دارای برچسب های شیمیایی مختلفی هستند،این برچسب ها میزان پیچیده شدن DNA به دور هیستون ها را تغییر می دهند، در نتیجه بر در دسترس بودن ژن ها برای فعال شدن تأثیر می گذارد. محققان استدلال کردند که این تغییرات ، حداقل تا حدی، تفاوتهای مختلف جسمی و رفتاری بین دوقلوهای یکسان رارقم می زند.

ارتباط بیوانفورماتیک با اپی ژنومیکس

بیوانفورماتیک یک رویکرد موفق در زمینه زیست شناسی مولکولی برای مطالعه داده های اپی ژنومیکس است.با کمک این داده ها، ما می توانیم ژن های اصلی را  که می توانند با دستکاری در برابر بیماری های ناشی از عوامل اپی ژنتیکی مقاومت کنندرا شناسایی کنیم.

برای تولید داده های اپی ژنومیکس می توان از ابزارها و نرم افزارهای مختلف بیوانفورماتیک که توسط محققان به کارگرفته می شود استفاده کرد.

ابزارها و تکنیک های بیوانفورماتیک به روش های مختلفی در زمینه اپی ژنتیک کمک می کند، عمده کاربردهای آن شامل درک زیست شناسی بیماری های ناشی از اپی ژنوم به منظور بهینه سازی درمان ها ، طراحی ابزارهای تجزیه و تحلیل داده های اپی ژنتیک و توسعه روش ها است.

درآخر نتیجه میگیریم که

اپی ژنومیکس یک رشته جدید است که توانایی تشریح اجزای غیر ژنتیکی بیماری های پیچیده را دارد وفرصت پیشرفت بسیاری دارد.

امید این است که با توالی کامل ژنوم و نقشه های اپی ژنومی متیلاسیون DNA و مناظر هیستونی اصلاح شده ، محققان بتوانند دقیقاً بگویند کدام ژن ها “روشن” و در کدام بافت ها هستند. ادغام این حجم گسترده از داده های اپی ژنومیکس با کمک علم بیوانفورماتیک کمک بسیاری به ما در درک فعل و انفعالات ژن و محیط می دهد و روش های جدیدی را برای تشخیص و درمان بیماری های پیچیده ارائه می دهد.