Louisa A. Stark

Centrul de învățare a științelor genetice, Universitatea din Utah, Salt Lake City, UT 84112-5330

INTRODUCERE

Proiectul genomului uman, declarat complet în 2003, a elucidat secvența genomului nostru. Cercetătorii învață acum că un alt nivel de informație - epigenomul - controlează parțial expresia genelor prin controlul accesului la ADN. Aparatul de citire a genelor este blocat atunci când moleculele de metil se leagă de ADN sau histone. În schimb, atunci când moleculele de acetil se leagă de histone, ADN-ul devine mai puțin strâns și genele devin disponibile pentru transcriere. Modelul acestor etichete chimice poate fi copiat pe divizii celulare și poate fi transmis chiar descendenților unei persoane. Cu toate acestea, deoarece acetilarea și metilarea sunt conduse de semnale celulare, epigenomul este dinamic, permițându-i să răspundă la mediu. Astfel, etichetele epigenetice dintr-o linie de celule se pot schimba pe parcursul vieții unui individ, ducând chiar la diferențe între gemeni identici. Această caracteristică se concentrează pe resursele multimedia care pot fi utilizate în predarea epigeneticii la nivel universitar și secundar; sunt incluse, de asemenea, mai multe activități practice.

INTRODUCERE ÎN EPIGENETICĂ

Una dintre primele piese multimedia despre epigenetică pentru un public non-științific a fost programul NOVA, A Ghost in Your Genes, care a fost difuzat inițial pe 16 octombrie 2007. Site-ul web al acestui film la www.pbs.org/wgbh/nova/genes include o previzualizare de 2 minute, 34 de secunde, care ridică întrebări cu privire la diferențele dintre gemenii identici și sugerează că informații despre cauzele acestor diferențe pot fi găsite în epigienetică. Acest scurt clip ar putea fi folosit pentru a introduce o prelegere pe acest subiect.

Un videoclip mai lung de 13 minute și 2 secunde este disponibil pe site-ul web NOVA scienceNOW la www.pbs.org/wgbh/nova/sciencenow/3411/02.html (Figura 1). La fel ca clipul mai scurt, abordează diferențele dintre gemenii identici. De asemenea, oferă o scurtă introducere a etichetelor epigenetice și a modului lor de funcționare, introduce cercetarea lui Randy Jirtle care arată cum metilarea afectează culoarea blănului la șoarecii agouti, arată datele cercetărilor care compară modelele de expresie genică la gemenii identici mai tineri și mai în vârstă și intervievează pacienții cu cancer care au participat la studiu clinic folosind terapie epigenetică. Din păcate, una dintre ilustrații ar putea duce la o concepție greșită: o referire la faptul că gemenii identici provin din același ou arată doi sugari complet formați într-o sferă despre care unul presupune că este menit să reprezinte oul. Videoclipul poate fi vizionat la rezoluție mică sau înaltă utilizând QuickTime sau Windows Media Player (Microsoft, Redmond, WA). Poate fi descărcat și ca fișier mp4 de 82,7 MB, permițând instructorilor să-l afișeze fără o conexiune la internet live. O transcriere a videoclipului este disponibilă pe site, facilitând accesul la conținut de către persoanele cu deficiențe de auz. Atât filmul, cât și videoclipul au valorile ridicate de producție, abordarea captivantă și nivelul de conținut accesibil pe care îl aștepți de la NOVA.

online

Site-ul web NOVA scienceNOW oferă un videoclip, o prezentare de diapozitive audio și alte resurse care oferă o introducere în epigenetică.

Un Ghid al profesorului asociat epigeneticii vizează nivelul secundar (www.pbs.org/wgbh/nova/teachers/programs/3411_02_nsn.html). Rezumă conținutul videoclipului, oferă sugestii de discuții și activități pentru vizionarea înainte și după vizionare, listează standardele naționale relevante pentru educația științifică și include linkuri către mai multe site-uri web și articole bazate pe text. Sunt furnizate instrucțiuni pentru construirea unui model de cromatină din trei tuburi chirurgicale din cauciuc pentru a ilustra înfășurarea strânsă a acesteia. Utilizarea lungimilor de tuburi de cauciuc pentru a reprezenta cele două laturi ale dublei spirale ADN este un model rezonabil. Cu toate acestea, utilizarea unei lungimi a aceluiași tub pentru a reprezenta histonele în jurul cărora este înfășurat ADN-ul ar putea duce la concepții greșite atât despre structura, cât și despre compoziția histonelor. În plus, activitatea afirmă incorect că metilarea cromatinei îi permite să se dezvolte, astfel încât ADN-ul să fie disponibil pentru transcriere; aceasta ar trebui să fie acetilarea histonelor.

EPIGENETICA CU O MĂSURĂ MAI ADâncime

Modulul de epigenetică de pe site-ul Learn.Genetics al Centrului de învățare a științelor genetice de la http://learn.genetics.utah.edu/content/epigenetics/ (Figura 2) include opt secțiuni.

Modulul Epigenetica pe Learn.Genetics include videoclipuri, interactive animate și prezentări de diapozitive care prezintă subiectul, precum și materiale care îl explorează mai în profunzime.

Secțiunea Epigenomul la vedere este un videoclip de 1 minut, 46 de secunde, care oferă o introducere a etichetelor epigenetice pe ADN și histone, efectul lor asupra accesibilității genelor și capacitatea lor de a se schimba ca răspuns la mediu. Ar putea fi folosit la începutul unei prelegeri axându-se pe etichetele epigenetice și efectele acestora; versiunea mare este potrivită pentru proiecție.

Secțiunea Gene Control prezintă o animație interactivă care permite utilizatorului să preia rolul unui semnal celular care controlează expresia unei gene raportoare a proteinei fluorescente verzi (GFP). Întoarcerea butonului de control într-o direcție adaugă etichete acetil la histone și slăbește ADN-ul înfășurat în jurul lor, crescând producția de ARNm GFP și, ulterior, proteina GFP, care fluorescă. Rotind butonul în sens invers îndepărtează etichetele acetil, le înlocuiește cu etichete metilice pe ADN și histone și astfel scade producția de ARNm și proteine ​​GFP. Dând clic pe butoanele „i” se afișează informații suplimentare despre fiecare componentă a procesului. Animația poate ajuta studenții să facă legături între tipurile de etichete epigenetice, formarea de ARNm și producția de proteine. Conținutul suplimentar de pe această pagină discută despre modul în care anomaliile epigenetice pot duce la cancer.

Secțiunea Epigenetică și Moștenire include o scurtă prezentare de diapozitive cu exemple de moștenire epigenetică în Daphnia, șobolani de laborator, oameni și două specii de plante. Aceste exemple ar putea fi ușor încorporate într-o prelegere. Pagina discută, de asemenea, moștenirea epigenetică între generații, precum și reprogramarea în ovule și spermă; o pagină legată discută imprimarea.

Filmul Epigenetica gemenilor identici (4 minute, 48 secunde) din secțiunea Insights From Identical Twins oferă o privire ciudată asupra epigeneticii folosind obiecte de zi cu zi ca modele. Descrie pe scurt rolul etichetelor epigenetice în activarea și reducerea genelor în timpul dezvoltării și introduce diferite tipuri de factori de mediu care pot provoca modificări ale epigenomului, ducând la diferențe între gemenii identici pe măsură ce îmbătrânesc. Versiunea mare este potrivită pentru afișare în clasă. Pagina oferă, de asemenea, informații despre perspectivele obținute în urma studiilor gemene.

Secțiunea Lick Your Rats explorează modul în care nivelul de îngrijire maternă influențează epigenomii puilor de șobolan, ducând la un comportament calm sau anxios pe tot parcursul vieții puilor. Un videoclip de 45 de secunde, realizat în laborator, arată o mamă de șobolan care se îngrijește, îngrijindu-și puii. O secțiune dintr-o animație interactivă permite utilizatorului să ia rolul unei mame de șobolani care își linge și îngrijesc puii. O animație coordonată arată modul în care nivelul de atenție afectează etichetele epigenetice și, astfel, expresia genei receptorului glucocorticoid, care afectează cât de bine se poate relaxa un șobolan după stres. Utilizatorii primesc feedback cu privire la modul în care cantitatea de îngrijire pe care au oferit-o a influențat epigenomul și comportamentul puilor lor. A doua secțiune este o prezentare animată de diapozitive care descrie modul în care comportamentul unei mame de șobolan afectează genele puilor, creierul și comportamentul lor ca adulți. Animația ar putea fi încorporată într-o prelegere sau alocată studenților să se uite singuri. Atât sunetul, cât și textul sunt disponibile pentru a livra conținutul din fiecare secțiune. Conținutul suplimentar de pe pagină explorează subiectul cu ceva mai multă profunzime și include un videoclip de 2 minute și 4 secunde cu Moshe Szyf (Universitatea McGill, Montreal, QC, Canada), care vorbește despre cercetările sale despre comportamentul șobolanilor și epigenetica.

Alte secțiuni din acest modul includ Epigenomul învață din experiențele sale, nutriția și epigenomul, și Epigenetica și creierul uman. Ultima secțiune prezintă un videoclip de 7 minute, 35 de secunde, al lui Moshe Szyf vorbind despre legătura epigenetică dintre abuzul asupra copiilor și riscul de sinucidere. Un punct forte al tuturor materialelor de pe site este includerea referințelor din literatura primară; sunt furnizate linkuri către articole disponibile online.