Epigenetics Online: Мультимедійні навчальні ресурси

Луїза А. Старк

Навчальний центр з генетичних наук, Університет штату Юта, Солт-Лейк-Сіті, UT 84112-5330

ВСТУП

Проект "Геном людини", визнаний завершеним у 2003 році, з'ясував послідовність нашого геному. Зараз дослідники дізнаються, що інший рівень інформації - епігеном - частково контролює експресію генів, контролюючи доступ до ДНК. Машина зчитування генів блокується, коли молекули метилу зв’язуються з ДНК або гістонами. І навпаки, коли молекули ацетилу зв’язуються з гістонами, ДНК стає менш щільно намотаною і гени стають доступними для транскрипції. Шаблон цих хімічних міток можна копіювати через клітинні відділи і навіть передавати нащадкам. Однак, оскільки ацетилювання та метилювання зумовлені клітинними сигналами, епігеном є динамічним, що дозволяє йому реагувати на навколишнє середовище. Таким чином, епігенетичні мітки в лінії клітин можуть змінюватися протягом життя індивіда, навіть приводячи до відмінностей між однояйцевими близнюками. Ця функція зосереджена на мультимедійних ресурсах, які можуть бути використані для викладання епігенетики на бакалаврському та середньому рівні; також включено кілька практичних заходів.

ВСТУП В ЕПІГЕНЕТИКУ

Однією з перших мультимедійних публікацій з епігенетики для ненаукової аудиторії стала програма NOVA "Привид у ваших генах", яка спочатку вийшла в ефір 16 жовтня 2007 року. Веб-сайт цього фільму за адресою www.pbs.org/wgbh/nova/genes включає 2-хвилинний 34-секундний попередній перегляд, який порушує питання про відмінності між однояйцевими близнюками та припускає, що розуміння причин цих відмінностей можна знайти в епігієнетиці. Цей короткий кліп може бути використаний для введення лекції на цю тему.

Довше 13-хвилинне 2-секундне відео доступне на веб-сайті NOVA scienceNOW за адресою www.pbs.org/wgbh/nova/sciencenow/3411/02.html (рис. 1). Як і коротший кліп, він розглядає відмінності між однояйцевими близнюками. Він також коротко вводить епігенетичні мітки та їх роботу, вводить дослідження Ренді Джиртла, яке показує, як метилювання впливає на колір шерсті у мишей агуті, демонструє дані досліджень, що порівнюють моделі експресії генів у молодих та старших однояйцевих близнюків, та опитує онкологічних хворих, які брали участь клінічне випробування з використанням епігенетичної терапії. На жаль, одна з ілюстрацій може призвести до помилкового уявлення: посилання на той факт, що однояйцеві близнюки походять з одного яйця, показує двох повністю сформованих немовлят у сфері, яка, як припускають, має представляти яйце. Відео можна переглянути в низькій або високій роздільній здатності за допомогою QuickTime або Windows Media Player (Microsoft, Redmond, WA). Його також можна завантажити у форматі 82,7 Мб mp4-файлу, що дозволяє інструкторам показувати його без активного підключення до Інтернету. Стенограма відео доступна на веб-сайті, що полегшує доступ до вмісту особам з вадами слуху. І кіно, і відео мають високі виробничі цінності, привабливий підхід та доступний рівень вмісту, який очікується від NOVA.

Веб-сайт NOVA scienceNOW пропонує відео, аудіо-слайд-шоу та інші ресурси, що пропонують ознайомлення з епігенетикою.

Посібник для вчителів з епігенетики спрямований на середній рівень (www.pbs.org/wgbh/nova/teachers/programs/3411_02_nsn.html). Він узагальнює відеовміст, пропонує обговорення та пропозиції щодо активності до і після перегляду відео, перелічує відповідні Національні стандарти наукової освіти та містить посилання на кілька текстових веб-сайтів та статей. Наведені інструкції щодо побудови моделі хроматину з трьох гумових хірургічних трубок, щоб проілюструвати його щільне намотування. Обґрунтованою моделлю є використання довжин гумових трубок для представлення двох сторін подвійної спіралі ДНК. Однак використання довжини тієї ж трубки для представлення гістонів, навколо яких обмотана ДНК, може призвести до помилкових уявлень як про структуру, так і про склад гістонів. Крім того, діяльність неправильно стверджує, що метилювання хроматину дозволяє йому розмотуватися, завдяки чому ДНК стає доступною для транскрипції; це має бути ацетилювання гістонів.

ЕПІГЕНЕТИКА НЕКОЛЬКО ГЛИБИНІШЕ

Модуль Epigenetics на веб-сайті Learn.Genetics навчального центру Генетичних наук за адресою http://learn.genetics.utah.edu/content/epigenetics/ (Рисунок 2) включає вісім розділів.

Модуль Epigenetics на веб-сайті Learn.Genetics включає відео, анімаційні інтерактиви та слайд-шоу, що представляють тему, а також матеріали, які глибше досліджують її.

Розділ "Епігеном одним поглядом" - це 1-хвилинне 46-секундне відео, яке містить ознайомлення з епігенетичними мітками на ДНК та гістонах, їх вплив на доступність генів та їх здатність змінюватися у відповідь на навколишнє середовище. Він може бути використаний на початку лекції, присвяченої епігенетичним міткам та їх ефектам; велика версія придатна для проекції.

У розділі "Контроль генів" представлена інтерактивна анімація, яка дозволяє користувачеві взяти на себе роль клітинного сигналу, що контролює експресію репортерного гена зеленого флуоресцентного білка (GFP). Поворот ручки управління в один бік додає ацетилові мітки до гістонів і послаблює обмотку ДНК, збільшуючи вироблення мРНК GFP, а згодом і білка GFP, який флуоресцирує. Поворот ручки в інший спосіб видаляє ацетилові мітки, замінює їх метиловими мітками на ДНК та гістонах і, таким чином, зменшує вироблення мРНК і білка GFP. Натискання кнопок "i" відкриває додаткову інформацію про кожен компонент процесу. Анімація може допомогти студентам встановити зв'язок між типами епігенетичних міток, утворенням мРНК та виробленням білка. Додатковий вміст на цій сторінці обговорює, як епігенетичні відхилення можуть призвести до раку.

Розділ "Епігенетика та спадщина" включає коротке слайд-шоу з прикладами епігенетичного успадкування у дафній, лабораторних щурів, людей та двох видів рослин. Ці приклади можна легко включити до лекції. На цій сторінці також обговорюється епігенетичне успадкування через покоління, а також перепрограмування в яйцеклітинах та спермі; на пов’язаній сторінці обговорюється імпринт.

Фільм "Епігенетика однояйцевих близнюків" (4 хвилини, 48 секунд) у розділі "Прозріння ідентичних близнюків" надає химерний погляд на епігенетику, використовуючи повсякденні предмети як моделі. У ній коротко описується роль епігенетичних міток в активації та приглушенні генів під час розвитку та вводяться різні типи факторів навколишнього середовища, які можуть спричинити зміни в епігеному, що призводить до відмінностей у однояйцевих близнюків у міру їх старіння. Велика версія підходить для показу в класі. На цій сторінці також міститься інформація про ідеї, отримані в результаті досліджень близнюків.

Розділ «Лижи своїх щурів» досліджує, як рівень виховання матері впливає на епігеноми щурячих щенят, що призводить до спокійної або тривожної поведінки протягом усього життя щенят. На 45-секундному відео, зробленому в лабораторії, видно, як виховує мати-щур доглядає за своїми цуценятами. Один розділ інтерактивної анімації дозволяє користувачеві взяти на себе роль щурячої матері, яка лиже і доглядає свого цуценя. Злагоджена анімація показує, як рівень уваги впливає на епігенетичні мітки і, отже, на експресію гена глюкокортикоїдних рецепторів, що впливає на те, наскільки добре щур може розслабитися після стресу. Користувачі отримують відгуки про те, як кількість виховання, яке вони надавали, впливало на епігеном та поведінку їхнього цуценя. Другий розділ - це анімоване слайд-шоу, яке описує, як поведінка матері щура впливає на гени її цуценят, їх мозок та поведінку як дорослих. Анімацію можна включити в лекцію або призначити студентам для перегляду самостійно. Як аудіо, так і текст доступні для передачі вмісту в кожному розділі. Додатковий вміст на цій сторінці досліджує тему дещо глибше і включає 2-хвилинний, 4-секундний відеокліп Моше Шифа (Університет Макгілла, Монреаль, КК, Канада), який розповідає про свої дослідження поведінки щурів та епігенетики.

Інші розділи цього модуля включають "Епігеном", який засвоює свій досвід, "Харчування та епігеном", "Епігенетика та мозок людини". Останній розділ містить 7-хвилинний 35-секундний відеокліп Моше Шифа, який розповідає про епігенетичний зв’язок між жорстоким поводженням з дітьми та ризиком самогубства. Силою всіх матеріалів на сайті є включення посилань з первинної літератури; надаються посилання на статті, доступні в Інтернеті.