Ii Twins Barr body Epigenetic biology Polytene chromosomes Cloned cat Yeast mating types Epigenetika - definice Studium dědičných mitotických (a meiotických) změn v genové expresi, která se vyskytuje beze změny v primární struktuře DNA M book Epigenetic mechanisms of gene regulation it Robert A Martienssen, Arthur D Riggs, Vincenzo Ettore Aldo Russo H Published in 1996 in Cold Spring Harbor NY) by Cold Spring Harbor laboratory • Ostatní definice nezahrnují nutně epigenetickou dědičnost mitotickým dělením GENETICS mutations inherited germ line species EPIGENETICS I alterations mod rempdeler stable? soma variability Epigenetika jako „vědecký jazyk" • Termín epigenetika představuje vědní obor, studující změny v genové expresi a studující informaci nad DNA, která je nutná pro uskutečnění vývoje a bun. diferenciace Každý buněčný typ je definován aktivitou specifické sady genů, které jsou v čase a prostoru exprimovány Definice základních pojmů 1 genome stored ! mod remodeler chromatin organized S UÍM W< B \llk information ncRNAs _- i íTTTTlŤlTtTrmTTP epigenomes • Genom -veškerá genetická informace uložena v DNA (u některých virů v RNA) konkrétního jedince • Epigenom-souhrn (záznam) chemických modifikací DNA a histonů, nebo dalších proteinů (methylace, acetylace, sumoylace...), konkrétního organismu (modifikace jsou dedicne) • Epimutace - změna v chemické struktuře DNA, která nezahrnuje změnu v primární struktuře (mC, caC, fC.) Význam epigenetiky na buněčné úrovni >200 different cell types • „c-value paradox" - velikost genomu se nezvyšuje s komplexitou a složitostí organismů • Regulace genové exprese a její realizace je uskutečňována na několika úrovních, každá buňka dostává specifickou informaci z okolí a z předchozího buněčného dělení (epigenetická dědičnost) Význam epigenetiky na buněčné úrovni < < < • Epigenetická dědičnost zajišťuje: • Expresi stejných genů v dceřiných buňkách • Tkáňovou homogenitu < < Absence epigenetické dědičnosti = tkáňová heterogenita (exprese různých genů, tkáňová chiméra) Ne Poruchy v enetika jako „vědecký jazyk" HUMAN EMBRYO AND FETAL DEVELOPMENT > DNA GENOVA EXPRESE > RNA i > protein NEURON Hemoglobin Dopamin + Myoglobin - o ČERVENE KRVINKY Hemoglobin + Dopamin -Myoglobin - SVALOVÉ BUŇKY ^^^*^>- Hemoglobin -^— Dopamin - Myoglobin + Epigenetika jako „vědecký jazyk" HUMAN EMBRYO AND FETAL DEVELOPMENT Fertiliícd egg i V. ;v)f 1 ů-cetl stage DNA GENOVÁ EXPRESE ► RNA ■ ^ protein Aktivita specifických transkripčních faktorů • Epigenetické modifikace na úrovni DNA a histonů Čeština využívá 42 písmen (26 latinka), epigenetika v přeneseném slova smyslu funguje stejným principem jako znaménka a formátování textu. E p ige n etika jako „vědecký jazyk" a znaménka v češtine? Epigentickemodifikacemohoubytpovazovanyzaznamenkaneboznackyvg enomuaneznalostvyznamutohotojazykajevyzvyvajiciprovsechynzacinaji civedce • Epigenetický kód slouží jako: • Formátování/styl textu (=aktivita nebo represe genu) • definuje mezery mezi slovy (=vyznačuje začátek nebo konec genu) • Definuje znaménka a tedy i význam slov (=jak a kdy mají být geny čteny) • Definuje kapitoly a odstavce (=struktura chromatinu a potažmo celého chromozomu) JNEURON SVALOVÉ BUŇKY Hemoglobin = epigenetický umlčen Hemoglobin = epigenetický umlčen Dopamin = epigenetický aktivní ^—Dopamin = epigenetický inaktivní Myoglobin =epigeneticky umlčen Myoglobin = epigenetický aktivní Počátky epigenetiky Jean-Baptiste Lamarck 1744- 1829 „Organismus může získat vlastnosti s užíváním a nevyužíváním orgánů, a tyto vlastnosti jsou předány do další g Lamarkismus • Teorie biologického vývoje • Vývoj probíhá od neživého k živému, od jednoduchého ke složitému, výsledkem je dokonale přizpůsobený jedinec • Užívání a neužívání orgánů • Organismy reagují na změny ve svém prostředí vývojem nových orgánů nebo změnou struktury a funkce stávajících orgánů • Dědičnost získaných znaků • Získané znaky jsou přenášeny do potomstva jedince ... and stretching until neck becomes progressively longer. Yayl Leaves! and stretching . Original short-necked ancestor Keeps stretching neck to reach higher leaves on tree... Lamarck's Giraffe Teorie pangeneze • J. B .La ma rek nebyl ale první, kdo teorii definoval, v podstatě zhrnul učení staré téměř 2200 let a pokusil se vysvětlit evoluci - dědičnost získaných znaků byla původně definována a pozměněna různými mysliteli -Hipokratus, Aristoteles, Galen, Bacon, Cardano aj. Pangeneze = děděné znaky pocházejí z celého těla rodiče Hippokrates z Kosu Pangeneze = popíral dědičnost znaků z celého těla, zároveň souhlasil s dědičností získaných charakteristik během života (např. jizvy, slepota, ale děti nemusí být vždy stejné) Aristoteles Co na to teorie přírodního výběru a dílo „O původu druhů"? Charles Darwin (1809 - 1882) Evolution vs Charles Darwin. Epic Rap Battles of History. Teorie přírodního výběru a teorie pangeneze • Ačkoli Ch. Darwin definoval přírodní výběr jako hlavní mechanizmus vývoje organizmů, nevyvracel Lamarckovu teorii (naopak, přijal ji jako podpůrný mechanismus speciace) Pangeneze - somatické buňky odpovídají na vnější podněty („use and disuse"=Lamarck) tvorbou gemulí nebo pangenů, které uvolují do těla, avšak nikoli výhradně krevním tokem =pangeny nesou informaci rodičovských buněk a akumulují se v zárodečných buňkách, ve kterých přecházejí do dalších generací THE VAlilATION AXI3IALS AND PLAKTS MDn IMIMKSTKATII*. »i etuut tíMw kra. «<■. IX T«0 lOI.t MK4-T*i. I jniix antiT. UMÉABU mkket Lamarck vs. Darwin „then nature is cruel, cause the only thing you are winning is your cousin's gene pool" Who won? Whos next? August Weismann (1834 - 1914) Soma Soma Soma i Germ Germ Germ PI asm PI asm PI asm Weismannova bariéra - odstraňoval ocásky 68 myším a pozoroval jejich potomstvo po 5 generací = žádná z myší neměla chybějící ocas = somatické změny získané v průběhu života neovlivňují reprodukční buňky či potomstvo (1990 - Peter Gauthier definoval, že odstranění ocasu neznamená nepoužívání orgánu a tedy tento experiment nevyvracuje Lamarkcovu hypotézu) 1880- 1920 mezidobí Darwinovi teorie • Období evoluční biologie mezi Darwinovou smrtí a objevem populační genetiky po roce 1920 („the eclipse of Darwinism") • Problematické akceptovat Darwinovu teorii, která neumožňuje rozhodnout živým organismů o svém dalším vývoji (jsou dány na milost prostředí a přírodnímu výběru) =živé bytosti mohou do určité úrovně vybrat znaky, které budou děděny do další generace a umožní „svobodně' rozhodnout o jejich osudu H. F. Osborn „teorie vzniku rohů Orthogeneze - zákony vývoje (vnitřní zákony), které udávají evoluci určitým směrem „Theistic evolution" - evoluce je řízena stvořitelem Neo-Lamarkismus - dědičnost znaků získaných během života nosorožce" Mutualismus - evoluce je produktem mutací, dávající vzniku novým druhům ihned (existovala před Darwinovou teorií) James Mark Baldwin (1861 - 1934) • Baldwinův efekt - nový faktor = fenotypová plasticita (flexibilita) = schopnost organismu se adaptovat na vnější prostředí v průběhu svého života (schopnost učit se, zlepšovat kondici, opálit se) • Jedinci, kteří tak učiní mají výhodu a jejich genotyp může být zachován (v rámci několika generací bude výhodná vlastnost přírodně selektována) Baldwinův efekt a jeho důkaz na pěnkavě domácí v Severní Americe Changed Environment Changed Needs Changed Behaviour Lamarck Use/Disuse of Structure Learned Behaviour Shock Genetic Assimilation Baldwin Waddington Existing Variation Natural Selection Weissman? Darwin A co země Východního bloku a Sovětský svaz? Titul matka hrdinka - nejplodnější žena na světě porodila 69 dětí v rozmezí 40 let (1725-1765)! Trofim Denisovič Lysenko (1898-1976) Prezident Leninovy Akademie zemědělských věd a autor Lysenkismu, nového učení Východního bloku (opak genetiky), „Lysenkismus"- základ jednoty organismů a podmínek vnějšího prostředí je výměna látek, dědičnost rostlin a zvířat je možno řídit jen prostřednictvím životních podmínek (teorie akceptovaná až do konce 60.let) - zastánce Lamarkismu • procesem vernalizace měnil vlastnosti jarní pšenice (Triticum durum, 2n=4x=28) na zimní (Triticum vulgare, 2n=6x=42) • uvěznění učitele Nikolaie Ivanoviche Vavilova, všech kritiků i odpůrců Lys, clai enko claimed that Scion improved genetics of Stock Nikolai Vavilov Wikipedia commons Konec zatmění a moderní syntéza Malthusian competition (geometric population growth, limited resources Natural selection ("survival of the fittest") Variation (breeds, races, subspecies) Genetic variation (alleles of individual genes, combining to give continuous variation) Mutation (small changes in individual characteristics) Mendelian inheritance (2 copies of each gene, 1 from each parent) Early 20th Century ModSľľl synthesis Syntéza genetiky a vývojové biologie Conrad H. Waddington Genetická asimilace (1953) ní U O ŕ! -P ■H ň opi O o -p o> o o u Conrad Waddigton 5 lü generace 20 • 1942 C. H. Waddington vystavil embrya Drosophily účinkům éteru - několik jedinců následně ukázalo fenokopii mutace bithorax (druhý pár křídel) = bithorax není vrozený, ale způsobený enviromentálně „Asimilace" „enviromentálně" - Darwinistický mechanismus spuštěného znaku (1953) - odhalení skryté genetické variability • Larvy Drosophily vystavené tepelnému šoku ukazují fenotyp bez příčných žilek (40% vykazuje fenotyp bez selekce) = fenotyp se udržuje i bez dalšího teplotního stresu = znak spuštěný environmentálne se stává v genomu asimilovaným • Rozporuplná teorie - Lamarkismus (získání charakteristik během života a selekce genetických variant, které již existují) x fenotypická plasticita Epigenetická informace jako „epigenetický" krajinný model A. Normal development B. Pluripotent reprogramming C. Direct Conversion • Waddington vysvětlil genetickou asimilaci jako proces „kanalizace" (usměrňování) a epigenetickou krajinou Vliv epigenetiky na sociální a ekonomický rozvoj společnosti - Maternální x paternální efekt IF THE BIBLE TEACIIES GENDER EQUALITY WHY HAS GENDER INEQUALITY ALWAYS BEEN THE NORM? 1900-1902 „WeismanrTs principle of sex equality" spojeny s objevením Men dělových principů ovlivnily sociální vnímání a misogynní paradigma Viktoriánské doby spojené s vnímáním žen ve vědě * I. herediary material is a physical substance charachterizing g organism's ancestry = germplasm * II. Germ plasm is passed from generation to generation through „germ-cells= the sperm and egg" * III. Germ cells are physiologically wholly distinct and sequestered from the bodily cells „The physiological values of sperm and egg-cell are equal: they are as 1:1" - Weismann 1880 1920-1930s - změna myšlení ohledně dědičnosti vloh a poruch - prenatální hygiena je důležitá nejen u žen, ale zejména u mužů, kteří mají„enviromentálně riskantní" život a více mohou ovlivnit vývoj spermií = vliv Weismmanovi teorie na sociální smyšlení Vliv umělého oplození na materální dědičnost - etický koncept • 1940 - 1950s - výzkum vlivu materální dědičnosti a placenty na vývoj nových jedinců u modelových organizmů • Výzkum novorozenců a demografické závislosti sociálních a ekonomických podmínkách v USA (1950-1960) -„biologický rasismus" a vliv sociální nerovnosti • 1980s - „science of maternal-fetal effects" - výzkum vlivu toxinů, životního stylu a stresu na vývoj plodu -transgenerační a epigenetická dědičnost (v přednáškách genomického imprintigu) - large cohort studies • Etický impakt na omezování svobod žen ve vztahu k vývoji nenarozených dětí - 1992 - USA, 167 žen bylo odsouzeno za ohrožení nenarozených dětí a jejich dalšího vývoje 200 .............i I 4 2.6 191S 1925 19)5 1950 1960 1970 1960 1990 2CO0 2008 2017 Singh etal. 2019 Děkuji za pozornost!