علم ما فوق الجينوم او علم التخلق المتعاقب Epigenomics

علم ما فوق الجينوم Epigenomics هو علم يحدد فيه الباحثون مواقع الجينوم ويفهمون وظائف جميع العلامات الكيميائية التي تميز الجينوم.

• 
  
• ما هو فوق الجينوم؟
•  هو عدد كبير من المركبات الكيميائية التي يمكن أن تخبر الجينوم بما يجب القيام به.  الجينوم البشري هو عبارة عن التجميع الكامل للحمض النووي DNA - حوالي 3 مليار زوج أساسي من النيوكليوتيدات - مما يجعل كل فرد فريدًا.  يحمل الحمض النووي تعليمات بناء البروتينات التي تؤدي مجموعة متنوعة من الوظائف في الخلية.  
• 
  
• يتكون الإبيجينيوم من مركبات كيميائية وبروتينات يمكن أن تلتصق بالحمض النووي وتوجه إجراءات مثل تشغيل الجينات أو إيقاف تشغيلها ، والتحكم في إنتاج البروتينات في خلايا معينة ، وعندما ترتبط هذه المركبات "اللاجينية" بالحمض النووي وتعدل وظيفته ، يقال إنها  قد "ميزت" الجينوم.  هذه العلامات لا تغير تسلسل الحمض النووي.  وبدلاً من ذلك ، يغيرون طريقة استخدام الخلايا لتعليمات الحمض النووي.  تنتقل العلامات أحيانًا من خلية إلى أخرى مع انقسام الخلايا.  كما يمكن أن تنتقل من جيل إلى جيل.
• 
  
• ماذا يفعل فوق الجينوم ؟
• 
  
•  للإنسان تريليونات من الخلايا ، متخصصة في وظائف مختلفة في العضلات والعظام والدماغ ، وكل من هذه الخلايا تحمل بشكل أساسي نفس الجينوم في نواتها.  يتم تحديد الاختلافات بين الخلايا من خلال كيفية ومتى يتم تشغيل أو إيقاف تشغيل مجموعات مختلفة من الجينات في أنواع مختلفة من الخلايا.  تقوم الخلايا المتخصصة في العين بتشغيل الجينات التي تصنع البروتينات التي يمكنها الكشف عن الضوء ، في حين أن الخلايا المتخصصة في خلايا الدم الحمراء تصنع البروتينات التي تنقل الأكسجين من الهواء إلى باقي الجسم.  يتحكم فوق الجينوم في العديد من هذه التغييرات في الجينوم.

• ما الذي يتكون منه فوق الجينوم؟
• 
  
•  هو مجموعة من التعديلات الكيميائية على الحمض النووي والبروتينات المرتبطة بالحمض النووي في الخلية ، والتي تغير التعبير الجيني ، ويمكن توريثها (عن طريق الانقسام الاختزالي والانقسام).  تحدث التعديلات كعملية طبيعية للتطور وتمايز الأنسجة ، ويمكن تغييرها استجابة للتعرض البيئي أو المرض.
• 
  
•  النوع الأول يسمى مثيلة  DNA methylation ، و يتم مباشرة على ال DNA في الجينوم.  في هذه العملية ، تربط البروتينات علامات كيميائية تسمى مجموعات الميثيل بقواعد جزيء DNA في أماكن محددة.  تقوم مجموعات الميثيل بتشغيل أو إيقاف تشغيل الجينات من خلال التأثير على التفاعلات بين الحمض النووي والبروتينات الأخرى.  وبهذه الطريقة ، يمكن للخلايا أن تتذكر الجينات التي تعمل أو تتوقف.
• 
  
• يؤثر النوع الثاني و المسمى تعديل الهستون histone modification، على الحمض النووي بشكل غير مباشر.  يتم تغليف الحمض النووي في الخلايا حول بروتينات الهيستون ، والتي تشكل هياكل تشبه البكرة والتي تمكن جزيئات الحمض النووي الطويلة جدًا من التفتت بدقة في الكروموسومات داخل نواة الخلية.  يمكن أن تربط البروتينات مجموعة متنوعة من العلامات الكيميائية على الهستونات.  يمكن للبروتينات الأخرى في الخلايا اكتشاف هذه العلامات وتحديد ما إذا كان ينبغي استخدام تلك المنطقة من الحمض النووي أو تجاهلها في تلك الخلية.
• 
  
• هل يورث فوق الجينوم؟
• 
  
•  ينتقل الجينوم من الآباء إلى نسلهم ومن الخلايا ، عندما ينقسمون ، إلى جيلهم القادم.  يتم إعادة تعيين الكثير من الجينوم عندما ينقل الآباء الجينوم إلى ذريتهم ؛  ومع ذلك ، في بعض الظروف ، قد تنتقل بعض العلامات الكيميائية الموجودة على الحمض النووي والهستونات من البويضات والحيوانات المنوية إلى الجيل التالي.  عندما تنقسم الخلايا ، غالبًا ما ينتقل الكثير من الجينوم إلى الجيل التالي من الخلايا ، مما يساعد الخلايا على البقاء متخصصة.
• 
  
• ما هو التطبع الجيني Imprinting؟
•  يحتوي الجينوم البشري على نسختين من كل جين - نسخة موروثة من الأم ونسخة من الأب.  بالنسبة لعدد قليل من الجينات ، يتم تشغيل النسخة فقط من الأم ؛  بالنسبة للآخرين ، يتم تشغيل نسخة من الأب فقط.  هذا النمط يسمى تطبع.  يميز فوق الجينوم بين نسختين من الجين المطبوع ويحدد ما الذي يتم تشغيله ، وتحدث بعض الأمراض بسبب التطبع غير الطبيعي.  وتشمل:
• 1. متلازمة بيكويث-ويديمان ، وهو اضطراب مرتبط بتضخم الجسم وزيادة خطر الإصابة بالسرطان.  
• 2. متلازمة برادر ويلي ، المرتبطة بضعف العضلات ، والجوع المستمر ، مما يؤدي إلى السمنة.
• 3. متلازمة أنجلمان ، مما يؤدي إلى الإعاقة الذهنية ، وكذلك صعوبات الحركة.
• 
  
• هل يمكن أن يتغير فوق الجينوم؟
• 
  
•  على الرغم من أن جميع خلايا الجسم تحتوي بشكل أساسي على نفس الجينوم ، فإن الحمض النووي المميز بعلامات كيميائية على الحمض النووي والهستونات يعاد ترتيبه عندما تصبح الخلايا متخصصة.  يمكن أن يتغير فوق الجينوم أيضًا طوال حياة الشخص.
• 
  
• ما الذي يجعل فوق الجينوم يتغير؟
• 
  
•  يمكن لعوامل نمط الحياة والعوامل البيئية (مثل التدخين والنظام الغذائي والأمراض المعدية) أن تعرض الشخص للضغوط التي تحفز الاستجابات الكيميائية.  غالبًا ما تؤدي هذه الاستجابات بدورها إلى تغييرات في انماط فوق الجينوم وقد يكون بعضها ضارًا.  ومع ذلك ، يبدو أن قدرة فوق الجينوم على التكيف مع ضغوط الحياة مطلوبة لصحة الإنسان الطبيعية.  تنتج بعض الأمراض البشرية عن خلل في البروتينات التي "تقرأ" و "تكتب" العلامات الكيميائية اللاجينية.
• 
  
• كيف تؤدي التغييرات في فوق الجينوم الى الإصابة بالسرطان؟
• 
  
•  تحدث السرطانات بسبب التغيرات في الجينوم أو فوق الجينوم أو كليهما.  يمكن أن تؤدي التغييرات في فوق  الجينوم إلى تشغيل أو إيقاف الجينات المشاركة في نمو الخلايا أو الاستجابة المناعية.  يمكن أن تؤدي هذه التغييرات إلى نمو غير منضبط ، أو سمة مميزة للسرطان ، أو إلى فشل جهاز المناعة في تدمير الأورام.
• 
  
•  في نوع من أورام الدماغ يسمى ورم أرومي دبقي glioblastoma ، حقق الأطباء بعض النجاح في علاج المرضى الذين يعانون من عقار تيموزولوميد Temozolomide ، الذي يقتل الخلايا السرطانية عن طريق إضافة مجموعات الميثيل إلى الحمض النووي.  في بعض الحالات ، يكون للميثيل تأثير ثانوي مرحب به: فهو يحجب الجين الذي يقاوم تيموزولوميد.  من المرجح أن يستجيب مرضى الورم الأرومي الدبقي الذين تحتوي أورامهم على مثل هذه الجينات الميثيلية إلى تيموزولوميد من أولئك الذين لديهم جينات غير ممثلة.
• 
  
•  يمكن أن تؤدي التغييرات في فوق الجينوم أيضًا إلى تنشيط الجينات المعززة للنمو في سرطان المعدة وسرطان القولون وأكثر أنواع سرطان الكلى شيوعًا.  في بعض أنواع السرطان الأخرى ، التغيرات في جينات الصمت silence genes في فوق الجينوم تعمل عادة على إبقاء نمو الخلايا تحت السيطرة.
• 
  
• كيف يستكشف الباحثون فوق الجينوم؟
• 
  
•  في مجال فوق الجينوم ، يحاول الباحثون رسم المواقع وفهم وظائف جميع العلامات الكيميائية التي تميز الجينوم. حتى وقت قريب ، اعتقد العلماء أن الأمراض البشرية سببها بشكل رئيسي التغيرات في تسلسل الحمض النووي ، أو العوامل المعدية مثل البكتيريا والفيروسات ، أو العوامل البيئية. 
• 
  
•  الآن ، ومع ذلك ، فقد أثبت الباحثون أن التغيرات في فوق الجينوم يمكن أن تسبب أو تنجم عن المرض.  وهكذا ، أصبحت علم ما فوق الجينوم جزءًا حيويًا من الجهود المبذولة لفهم جسم الإنسان بشكل أفضل وتحسين صحة الإنسان.  قد تتيح الخرائط اللاجينية لعلم ما فوق الجينوم للأطباء في يوم من الأيام تحديد الحالة الصحية للفرد وتفصيل استجابة المريض للعلاجات.
• 
  
•  من اهم المشاريع التي يتم تطبيقها حاليا لسبر اغوار ما فوق الجينوم، مشروع ENCODE (ENCyclopedia Of DNA Elements) - الذي يهدف إلى فهرسة الأجزاء العاملة من الجينوم - ممول من المعهد "الامريكي" الوطني لبحوث الجينوم البشري بهدف عمل خرائط جينية لأنواع مختلفة من الخلايا.