Genetica, ook wel erfelijkheid genoemd, is de studie van genen, hun variaties en erfelijkheid binnen een organisme. Het is onderverdeeld in drie subgroepen: klassieke genetica, moleculaire genetica en epigenetica.
Klassieke genetica
Klassieke genetica is het oudste veld in de genetica. Dit vindt zijn oorsprong in Gregor Mendel, die het proces van overerving van monogene erfelijke eigenschappen (eigenschappen waarvan de expressie wordt bepaald door slechts één gen De regels van Mendel zijn echter alleen van toepassing op organismen die twee sets hebben geërfd chromosomen van beide ouders, wat bij de meeste planten en dieren het geval is. Met de ontdekking van gen koppeling, waarin staat dat sommige genen die coderen voor een bepaald kenmerk samen worden overgeërfd, de regel van Mendel dat alle genen zich onafhankelijk delen tijdens meiosis (celdelingsproces dat het aantal chromosomen met de helft vermindert en plaatsvindt tijdens seksuele reproductie) werd weerlegd en de regels van Mendel zelf werden in twijfel getrokken. Deze regel is alleen van toepassing op genen op hetzelfde chromosoom - hoe dichterbij de gen afstand, hoe groter de kans op gemeenschappelijke overerving. Na ontdekkingen zoals de genetische code (DNA en mRNA) of klonen (methoden om DNA te verkrijgen en identiek te dupliceren), evolueerde de genetica verder dan de klassieke genetica.
Moleculaire genetica
Moleculaire genetica, ook wel moleculaire biologie genoemd, is het deel van de genetica dat zich bezighoudt met de structuur, functie en biosynthese van de nucleïnezuren desoxyribonucleïnezuur (DNA) en ribonucleïnezuur (RNA) op moleculair niveau. Bovendien houdt moleculaire genetica zich bezig met interactie op moleculair niveau met elkaar en met verschillende eiwitten, evenals de studie van genexpressie (genetische informatie van een gen), genregulatie (controle van de activiteit van genen) en eiwitfunctie binnen een specifieke cel. Moleculaire biologietechnieken worden grotendeels toegepast op onderzoek in de geneeskunde en biologie. Voorbeelden van veelgebruikte technieken zijn onder meer polymerasekettingreactie (PCR; in vitro amplificatie van DNA), DNA-klonen en mutagenese (het genereren van mutaties in het genoom van een levend organisme). Het onderwerp kreeg zijn naam in 1952 door de moleculair bioloog en fysicus William Astbury, die een belangrijke rol speelde bij het vormgeven van moleculaire genetica.
Epigenetica
Epigenetica gaat over erfelijke moleculaire eigenschappen waarvan de basis niet de DNA-sequentie is. Het voorvoegsel epi- (Grieks: επί) geeft aan dat in plaats daarvan rekening wordt gehouden met wijzigingen "op" het DNA. Er wordt onderscheid gemaakt tussen de subvelden van methyleringen (toevoeging van CH3-groepen) en histonmodificaties (histonen = eiwitten ingepakt door DNA, waarvan de eenheid "octameer" bestaat uit twee kopieën van de eiwitten H2A, H2B, H3 en H4). De centrale DNA-methylering bij mensen is die van de nucleïnezuurbase cytosine in zogenaamde CpG-eilanden van DNA. Op die eilanden, guanine bases worden gevolgd door cytosinebasen ("CpG dinucleotide"). 75% van de CpG-eilanden is gemethyleerd. Het effect van de methyleringen wordt gemedieerd door methylbinding eiwitten Deze veroorzaken een sluiting van de nucleosoomconformatie (nucleosoom = eenheid van DNA en een histon-octameer). Bijgevolg zijn gemethyleerde sites veel moeilijker toegankelijk door transcriptiefactoren (TPF's; eiwitten die zich hechten aan DNA en werken op transcriptie). Afhankelijk van de locatie van de methyleringen hebben ze een transcriptie-remmend (transcriptie = transcriptie van DNA naar RNA) of transcriptie-verhogend effect. Methylering wordt gekatalyseerd door een grote verscheidenheid aan DNA-methyltransferasen - demethylering (verwijdering van de methylgroep) door demethylasen. Methylering wordt beschouwd als de evolutionair oudste functie in de zin van het permanent stilleggen van een groot deel van de transposons (DNA-elementen die hun locus (locatie) kunnen veranderen, waardoor het verwijderen of opnieuw toevoegen van deze elementen kan leiden mutatiegebeurtenissen van potentieel pathologische aard). Als deze methyleringen zich in promotorgebieden bevinden, wordt de accumulatie van specifieke TPF's significant verminderd. Transcriptie van het DNA-segment is dus niet mogelijk. Methyleringen op enhacer-sequenties voorkomen de aanhechting van transcriptieverhogende TPF's. Methyleringen bij niet-regulerende sequenties verlagen de transcriptiesnelheid vanwege de lage bindingsaffiniteit van het DNA-polymerase aan het DNA. Alleen methylaties bij geluiddempende sequenties van DNA kunnen bijdragen aan de toename van transcriptionele activiteit, aangezien ze de accumulatie van transcriptieremmende factoren voorkomen. Histon-modificaties worden gekenmerkt door de toevoeging van een verscheidenheid aan chemische groepen aan de zijketens van de aminozuren van histoneiwitten. De meest voorkomende hiervan zijn acetyleringen en methyleringen. Acetylering heeft alleen invloed op het aminozuur lysine en resulteert in neutralisatie van het positief geladen lysine. De interacties met de afname van negatief geladen DNA, leidend tot een loslating, dwz een afname in verdichting, van het histon-DNA-complex. Het resultaat is een grotere toegankelijkheid van transcriptiefactoren. Histon-methylaties hebben ook invloed op de mate van verdichting van de nucleosoomconformatie. Hier hangt het echter van af aminozuren of histoneiwitten, ongeacht of opening of verdichting optreedt. Een ander bijzonder kenmerk is de aanwezigheid van een histoncode. De "opeenvolging" van verschillende histonmodificaties leidt uiteindelijk tot de rekrutering van zogenaamde chromatine modelleringsfactoren - afhankelijk van het type verhogen of verlagen deze eiwitten de mate van condensatie van de nucleosoombevestiging. Therapie (perspectief): Omdat het optimale methyleringspatroon van cellen en celtypen grotendeels onbekend is, en er dus slechts kleine uitspraken kunnen worden gedaan over de meest ideale eiwitverhouding van de cel, maar ook de histoncode slechts fragmentarisch wordt bepaald, worden momenteel therapeutische aanpassingen gedaan. niet bruikbaar. In de toekomst kan opregulatie en neerwaartse regulering van genen echter nuttig zijn bij de behandeling van ziekten zoals tumoren, psychische stoornissen en auto-immuunziekten, evenals bij de anti-aging sector.
