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August 10, 2017

エピジェネティック:遺伝子スイッチのオンやオフの情報が孫まで継承される。よく言われている家はがん家系に関係しているかも?

Epigenetics between the generations: We inherit more than just genes

https://www.sciencedaily.com/releases/2017/07/170717100548.htm

世代間のエピジェネティック:私たちは単なる遺伝子以上のものを継承する。Science dailyより

We are more than the sum of our genes. Epigenetic mechanisms modulated by environmental cues such as diet, disease or our lifestyle take a major role in regulating the DNA by switching genes on and off. It has been long debated if epigenetic modifications accumulated throughout the entire life can cross the border of generations and be inherited to children or even grand children. Now researchers from the Max Planck Institute of Immunobiology and Epigenetics in Freiburg show robust evidence that not only the inherited DNA itself but also the inherited epigenetic instructions contribute in regulating gene expression in the offspring. Moreover, the new insights by the Lab of Nicola Iovino describe for the first time biological consequences of this inherited information. The study proves that mother's epigenetic memory is essential for the development and survival of the new generation.

私たちは遺伝子の集まりの合計以上のものです。食事、病気またはライフスタイルなどの環境要因によって調節されるエピジェネティックなメカニズムは、遺伝子のスイッチをオンしたり,オフしたりして、DNAを調節するのに重要な役割を果たします。生涯を通して蓄積されたエピジェネティック修飾が世代の垣根を越えて、子供または孫にも継承され得るかどうかは長い間議論がなされています。現在、Max Planck Immunobiology and Epigenetics Institute of Freiburgの研究者は、遺伝したDNA自体だけでなく、遺伝したエピジェネティックな指示も子孫の遺伝子発現の調節に寄与している確かな証拠を示しています。さらに、The Lab of Nicola Iovinoのラボによる新しい洞察は、この遺伝された情報の生物学的影響を初めて説明します。研究は、母親のエピジェネティックな記憶が新世代の発達および生存にとって不可欠であることを証明しています。

environmental cues 環境要因

In our body we find more than 250 different cell types. They all contain the exact same DNA bases in exactly the same order; however, liver or nerve cells look very different and have different skills. What makes the difference is a process called epigenetics. Epigenetic modifications label specific regions of the DNA to attract or keep away proteins that activate genes. Thus, these modifications create, step by step, the typical patterns of active and inactive DNA sequences for each cell type. Moreover, contrary to the fixed sequence of 'letters' in our DNA, epigenetic marks can also change throughout our life and in response to our environment or lifestyle. For example, smoking changes the epigenetic makeup of lung cells, eventually leading to cancer. Other influences of external stimuli like stress, disease or diet are also supposed to be stored in the epigenetic memory of cells.

私たちの体には250以上の異なる細胞型があります。それらの全てには正確に同じ順序で全く同じDNA塩基が含まれています。しかし、肝臓または神経細胞は非常に異なって見えて、異なる技能を有しています。違いを生み出すのはエピジェネティクスと呼ばれるプロセスです。エピジェネティクス修飾は遺伝子を活性化するタンパク質を引き寄せるか、または近づけないためにDNAの特定領域を標識します。したがって、これらの修飾は、それぞれの細胞型に対する活性および不活性の典型的なパターンを段階的に作成します。さらに、私たちのDNAの「文字」の固定された配列に反して、エピジェネティック・マークは、私たちの人生を通して、環境またはライフスタイルに応じて変化することがあります。例えば、喫煙は肺細胞のエピジェネティックな構成を変化させ、最終的にがんに至ります。ストレス、病気または食事のような外部刺激の他の影響も細胞のエピジェネティクな記憶に記憶されると考えられています。

DNA bases DNA塩基

It has long been thought that these epigenetic modifications never cross the border of generations. Scientists assumed that epigenetic memory accumulated throughout life is entirely cleared during the development of sperms and egg cells. Just recently a handful of studies stirred the scientific community by showing that epigenetic marks indeed can be transmitted over generations, but exactly how, and what effects these genetic modifications have in the offspring is not yet understood. "We saw indications of intergenerational inheritance of epigenetic information since the rise of the epigenetics in the early nineties. For instance, epidemiological studies revealed a striking correlation between the food supply of grandfathers and an increased risk of diabetes and cardiovascular disease in their grandchildren. Since then, various reports suggested epigenetic inheritance in different organisms but the molecular mechanisms were unknown," says Nicola Iovino, corresponding author in the new study.

これらのエピジェネティク修飾が世代の垣根を越えることは決してないと長い間考えられてきた。科学者らは、人生を通して蓄積されたエピジェネティクな記憶は精子と卵細胞の発生中に完全に消去されると仮定していた。つい最近、少数の研究は、エピジェネティック・マークが、実際に、世代を超えて伝達さり得ることを示すことによって科学界を攪乱したが、これらの遺伝子修飾が子孫において、まさに如何に、どのように影響を及ぼすかはまだ理解されていないです。「90年代初期のエピジェネティックの登場以来、エピジェネティック情報の世代間継承の兆候が見られました。」例えば、祖父母の食品供給と彼らの孫の糖尿病や心臓血管疾患のリスク上昇との間には著しい相関関係を疫学調査が明らかにした。それ以来、様々な報告が異なる生物におけるエピジェネティックな遺伝を示唆したが、分子メカニズムは不明であったと、新研究の論文責任著者、Nicola Iovinoは述べています。

Epigenetics between the generations

世代間のエピジェネティック

He and his team at the Max Planck Institute of Immunobiology and Epigenetics in Freiburg, Germany used fruit flies to explore how epigenetic modifications are transmitted from the mother to the embryo. The team focused on a particular modification called H3K27me3 that can also be found in humans. It alters the so-called chromatin, the packaging of the DNA in the cell nucleus, and is mainly associated with repressing gene expression.

ドイツ、フライブルク、Max Planck Institute of Immunobiology and Epigeneticsの彼および彼のチームは、エピジェネティックな修飾が母親から胚にどのように伝達されるかを調べるためにショウジョウバエを用いた。チームはヒトでもみられるH3K27me3と呼ばれる特定の修飾に注目した。これは、細胞核内のDNAのパッケージ、いわゆるクロマチンを変化させ、主に遺伝子発現抑制に関連しています。

repressing gene expression 遺伝子発現抑制

The Max Planck researchers found that H3K27me3 modifications labeling chromatin DNA in the mother's egg cellswere still present in the embryo after fertilization, even though other epigenetic marks are erased. This indicates that the mother passes on her epigenetic marks to her offspring. But we were also interested, if those marks are doing something important in the embryo," explains Fides Zenk, first author of the study.

マックス・プランクの研究者らは、母親の卵細胞中のクロマチンDNAを標識するH3K27me3修飾は、受精後に他のエピジェネティック・マークが消えてもまだ胚に存在していることを見出した。 「これあは、母親が子孫にエピジェネティック・マークを伝えることを示している。しかし、私たちも、これらのマークが胚で何か重要なことをしているのであれば、私たちも興味をもっていました。研究の最初の著者Fides Zenkは説明しています。」

Inherited epigenetic marks are important for embryogenesis

遺伝されたエピジェネティックマークは胚発生にとって重用

embryogenesis 胚発生

Therefore the researchers used a variety of genetic tools in fruit flies to remove the enzyme that places H3K27me3 marks and discovered that embryos lacking H3K27me3 during early development could not develop to the end of embryogenesis. "It turned out that, in reproduction, epigenetic information is not only inherited from one generation to another but also important for the development of the embryo itself," says Nicola Iovino.

したがって、研究者らは、ショウジョウバエの様々な遺伝子ツールを用いて、H3K27me3のマークを付ける酵素除去して、初期発生中にH3K27me3を欠如している胚は、胚発生の最後の段階まで発達しなかった。「生殖において、エピジェネティックな情報は、ある世代から別の世代に継承されるだけでなく、胚自体の発達にとっても重要であることが判明しました」とNicola Iovino氏は述べています。

When they had a closer look into the embryos, the team found that several important developmental genes that are normally switched off during early embryogenesis were turned on in embryos without H3K27me3. "We assumed that activating those genes too soon during development disrupted embryogenesis and eventually caused the death of the embryo. It seems, virtually, that inherited epigenetic information is needed to process and correctly transcribe the genetic code of the embryo," explains Fides Zenk.

彼らは胚を詳細に調べたところ、チームは、初期胚発生中に通常スイッチオフになっている幾つかの重要な発生遺伝子がH3K27me3なしで胚の中でオンになっていたことを発見した。私たちは、胚発生中にこれらの遺伝子が早く活性化することが胚発生を中断させて、最終的に胚の死亡を引き起こした。胚の遺伝子暗号を処理して正しく転写するために遺伝されたエピジェネティックな情報が実際に必要であるようです」とFides Zenk氏は説明しています。

developmental genes  発生遺伝子
early embryogenesis 初期胚発生

Implications for the theory of heredity and human health

遺伝と人間の健康に関する理論に対する考察

With these results the study by the Max Planck researchers is an important step forward and shows clearly the biological consequences of inherited epigenetic information. Not only by providing evidence that epigenetic modifications in flies can be transmitted down through generations, but moreover by revealing that epigenetic marks transmitted from the mother are a fine-tuned mechanism to control gene activation during the complex process of early embryogenesis.

これらの結果により、マックス・プランクの研究者による研究は重要な前進の一歩であって、遺伝されたエピジェネティックな情報の生物学的結果を明らかに示しています。
ショウジョウバエのエピジェネティック修飾が世代を通して伝えられる証拠を提供するだけでなくて、さらに、母親から伝えられてきたエピジェネティック・マークが初期の胚発生の複合過程の間に遺伝子活性化を制御する微調整機構だとも言えることも明らかにした。

The international team in Freiburg is convinced that their findings have far-reaching implications. "Our study indicates that we inherit more than just genes from our parents. It seems to be that we also get a fine-tuned as well as important gene regulation machinery that can be influenced by our environment and individual lifestyle. These insights can provide new ground for the observation that at least in some cases acquired environmental adaptations can be passed over the germ line to our offspring," explains Nicola Iovino. Further, since the disruption of epigenetic mechanisms may cause diseases such as cancer, diabetes and autoimmune disorders, these new findings could have implications for human health

フライブルクの国際チームは、彼らの調査結果が大きな影響があると確信しています。 「私たちの研究は、私たちが両親からの遺伝子だけでなく、遺伝的にも継承していることを示している。少なくともいくつかのケースで環境適応を獲得したものが生殖細胞系を介して子孫に渡すことができるという観察の根拠です」とNicola Iovinoは説明します。さらに、後成的機構の破壊は癌、糖尿病および自己免疫疾患のような疾患を引き起こす可能性があるため、これらの新しい知見はヒトの健康に影響を及ぼす可能性がある

用語

マックス・プランク研究所
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9E%E3%83%83%E3%82%AF%E3%82%B9%E3%83%BB%E3%83%97%E3%83%A9%E3%83%B3%E3%82%AF%E7%A0%94%E7%A9%B6%E6%89%80

エピジェネティクス
https://bsd.neuroinf.jp/wiki/%E3%82%A8%E3%83%94%E3%82%B8%E3%82%A7%E3%83%8D%E3%83%86%E3%82%A3%E3%82%AF%E3%82%B9

英語名:epigenetics 独:Epigenetik 仏:épigénétique
 エピジェネティクスとは、DNAの配列変化によらない遺伝子発現を制御・伝達するシステムおよびその学術分野のことである。すなわち、細胞分裂を通して娘細胞に受け継がれるという遺伝的な特徴を持ちながらも、DNA塩基配列の変化(突然変異)とは独立した機構である。このような制御は、化学的に安定した修飾である一方、食事、大気汚染、喫煙、酸化ストレスへの暴露などの環境要因によって動的に変化する。言い換えると、エピジェネティクスは、遺伝子と環境要因の架け橋となる機構であると言える[1][2]。

epigenetic memory of cellsを調べていたら細胞の記憶に出会いました。
紹介します。

「細胞の記憶」,エピジェネティクスと疾患

〜細胞と個体,複雑なシグナルとエピジェネティクスを結びつける

「生老病死」の分子生物学〜 田中知明
https://www.jpn-geriat-soc.or.jp/publications/other/pdf/perspective_geriatrics_48_4_305.pdf

要約ヒトゲノムは解読されたが,ゲノムの配列情報だけでは一卵性双生児の違いや核初期化・細胞老化に代表されるような生物の多様性や細胞生命現象の複雑さを説明できないことがわかってきた.発生分化のプロセスで獲得していく性質や内外からの刺激に応じた変化などの情報を「細胞記憶」として刷り込みながら,整理・維持してゆくシステムが存在しているのである.すなわち,人間は環境に応じてゲノム構造や機能を変化させて遺伝子発現様式を調節する仕組み「エピジェネティクス」を持ち,この仕組みが細胞分化や核リプログラミング・老化シグナルと深く関わっているだけでなく,破綻したり,うまく働かないとがんや糖尿病・動脈硬化・生活習慣病など多くの病気の原因に結びつくことが明らかにされつつある.そして,細胞は内外からの様々なシグナルを核内に伝え,最終的にゲノムスケールでの転写産物調節を引き起し,細胞環境に適応しようとしている

関連ブログ
エピジェネティックス・何を食べ、如何に生き、如何に愛するかによって遺伝子の振る舞いが変わるかもしれない
'Epigenetics' Means What We Eat, How We Live And Love, Alters How Our Genes Behave
http://aromahonjin.way-nifty.com/blog/2012/09/post-992c.html

エピジェネティックスおよび加齢に伴う病気対する栄養の影響
Nutritional influences on epigenetics and age-related disease
http://aromahonjin.way-nifty.com/blog/2012/09/post-3f12.html

胎盤ゲノム38%は遺伝子発現がオフになっていて、胎児発育の環境によって遺伝子がオン・オフになる。
New Insights Into How Genes Turn On and Off
どのようにして遺伝子がオンおよびオフになるかの新考察
http://aromahonjin.way-nifty.com/blog/2013/11/38-687d.html

病気の病因学における環境暴露および遺伝子調節
Environmental exposures and gene regulation in disease etiology.
http://aromahonjin.way-nifty.com/blog/2014/04/post-8ad6.html

お知らせ

*リアノン・ルイス女史来日セミナー:がんケアにおけるアロマサイコロジー:アロマセラピー介入によるケアおよびやすらぎの向上2017年10月21日(土)〜10月22日(日)(2日間)募集のおしらせ

http://aromahonjin.way-nifty.com/blog/2017/04/2017102110192-b.html

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