اپی ژنتیک چیست؟

تغییرات DNA که توالی آن را عوض نمی کند و می‌تواند روی فعالیت ژن اثر بگذارد. ترکیبات شیمیایی که به یک ژن افزوده می‌شوند می‌توانند فعالیت آن را تنظیم کنند؛ این دستکاری‌ها را به نام تغییرات اپی ژنتیک می‌شناسیم. اپی ژنوم شامل تمام مواد شیمیایی است که به کل DNA یک فرد (ژنوم) به عنوان راهی برای تنظیم فعالیت (بیان) تمام ژن‌های موجود در ژنوم افزوده شده اند. ترکیبات شیمیایی اپی ژنوم بخشی از توالی DNA نیستند، اما روی DNA یا چسبیده به آن هستند («اپی»در یونانی به معنی بالا یا روی چیزی است). وقتی سلول‌ها تقسیم می‌شوند تغییرات اپی ژنتیک باقی می‌مانند و در برخی موارد طی نسل‌ها به ارث می‌رسند. تاثیرات زیست محیطی، نظیر رژیم غذایی یک فرد و مواجهه با آلاینده‌ها می‌توانند روی اپی ژنتیک تاثیر داشته باشند.  

تغییرات اپی ژنتیکی به تعیین اینکه آیا ژن‌ها روشن یا خاموش باشد، روی تولید پروتئین‌ها در سلول‌های خاص اثر بگذارند و به حصول اطمینان از اینکه فقط پروتئین‌های ضروری تولید ‌شوند کمک می‌کند. برای مثال پروتئین‌هایی که در رشد استخوان نقش دارند توسط سلول‌های عضله تولید نمی شوند. الگوی‌های تغییرات اپی ژنتیکی میان افراد، بافت‌های مختلف در افراد، و حتی در سلول‌های مختلف فرق می‌ کند.  

نوع رایجی از تغییرات اپی ژنتیکی را متیلاسیون می‌نامیم. متیلاسیون شامل اتصال مولکول‌های کوچکی به نام گروه متیل حاوی یک اتم کربن و سه اتم هیدروژن به قطعات DNA است. وقتی گروه‌های متیل به یک ژن خاص افزوده می‌شوند آن ژن خاموش می‌شود، و هیچ پروتئینی از آن ژن تولید نمی شود.

به دلیل بروز خطاهایی در فرایند اپی ژنتیک، نظیر تغییر ژن‌های اشتباه یا عدم توانایی افزودن یک ترکیب به یک ژن، می‌تواند منجر به فعالیت غیر طبیعی ژن یا غیر فعال شدن آن شده و سبب اختلالات ژنتیکی ‌شوند. مشخص شده که بیماری‌هایی از جمله سرطان، اختلالات متابولیک و اختلالات تحلیل برنده یا دژنراتیو همگی با خطاهای اپی ژنتیک ارتباط دارند.  

جستجوی دانشمندان برای ارتباط بین ژنوم و ترکیبات شیمیایی ای که آن را تغییر می‌دهد ادامه دارد. آنها به ویژه مطالعه می‌کنند که این تغییرات چه اثری بر عملکرد ژن، تولید پروتئین و سلامت انسان دارد.

اپی ژنتیک چگونه عمل می کند؟

یک انسان دارای تریلیون‌ها سلول است که هر کدام از آن‌ها برای عملکردهای مختلف در عضلات، استخوان‌ها و مغز تخصص دارند و هر یک از این سلول‌ها اساساً ژنوم یکسانی را در هسته خود دارند. تفاوت بین سلول‌ها با نحوه و زمان روشن یا خاموش شدن مجموعه‌های مختلف ژن در انواع مختلف سلول‌ها تعیین می‌شود.

سلول‌های تخصصی در چشم، ژن‌هایی را فعال می‌کنند که پروتئین‌هایی را می‌سازند که می‌توانند نور را تشخیص دهند، در حالی که سلول‌های تخصصی در گلبول‌های قرمز، پروتئین‌هایی می‌سازند که اکسیژن را از هوا به بقیه بدن حمل می‌کنند.

اپی ژنوم از چه چیزهایی تشکیل شده است؟

اپی ژنوم مجموعه‌ای از تغییرات شیمیایی در DNA و پروتئین‌های مرتبط با DNA در سلول است که بیان ژن را تغییر می‌دهد و قابل وراثت است (از طریق میوز و میتوز). این تغییرات به‌عنوان یک فرآیند طبیعی رشد و تمایز بافت رخ می‌دهد و می‌تواند در پاسخ به قرار گرفتن در معرض عوامل محیطی یا بیماری تغییر یابد.

اولین نوع نشانه‌گذاری که متیلاسیون در‌ان‌ای (DNA methylation) نام دارد، مستقیماً بر روی DNA موجود در ژنوم تأثیر می‌گذارد. در این فرآیند، پروتئین‌ها برچسب‌های شیمیایی به نام گروه‌های متیل را به پایه‌های مولکول DNA در مکان‌های خاص متصل می‌کنند. گروه‌های متیل با تأثیر بر تعامل بین DNA و سایر پروتئین‌ها، ژن‌ها را روشن یا خاموش می‌کنند. به این ترتیب، سلول‌ها می‌توانند به خاطر بسپارند که کدام ژن‌ها روشن یا خاموش هستند.

نوع دوم نشانه‌گذاری که اصلاح هیستون (histone modification) نام دارد، به‌طور غیرمستقیم روی DNA تأثیر می‌گذارد. DNA در سلول‌ها در اطراف پروتئین‌های هیستون پیچیده شده است. پروتئین‌های هیستون ساختارهای قرقره‌مانندی را تشکیل می‌دهند که مولکول‌های بسیار طولانی DNA را قادر می‌سازند تا به‌طور منظم در کروموزوم‌های داخل هسته سلول پیچیده شوند.

پروتئین‌ها می‌توانند انواع مختلفی از برچسب‌های شیمیایی را به هیستون‌ها بچسبانند. پروتئین‌های دیگر موجود در سلول‌ها می‌توانند این برچسب‌ها را شناسایی کنند و تعیین کنند که آیا آن ناحیه از DNA باید در آن سلول استفاده یا نادیده گرفته شود.

آیا اپی ژنتیک ارثی است؟

ژنوم از والدین به فرزندان آن‌ها و از سلول‌ها، پس از تقسیم، به نسل بعدی منتقل می‌شود.  زمانی‌که والدین ژنوم خود را به فرزندان خود منتقل می‌کنند، بسیاری از اطلاعات اپی ژنتیک تنظیم مجدد می‌شوند. با این حال، تحت برخی شرایط، برخی از برچسب‌های شیمیایی روی DNA و هیستون‌های تخمک و اسپرم ممکن است به نسل بعدی منتقل شود. هنگامی‌که سلول‌ها تقسیم می شوند، اغلب بسیاری از اپی ژنوم به نسل بعدی سلول‌ها منتقل می شود و به سلول‌ها کمک می‌کند تا تخصصی بمانند.

نقش پذیری (imprinting) ژنی چیست؟

ژنوم انسان شامل دو نسخه از هر ژن است که یکی از آن‌ها از مادر و دیگری از پدر به ارث رسیده است. در تعداد کمی از ژن‌ها، فقط کپی ژنوم‌هایی که از مادر منتقل شده‌اند روشن می‌شوند. در برخی دیگر، فقط کپی ژنوم‌هایی که از پدر منتقل شده‌اند روشن می‌شوند. به این الگو، نقش‌پذیری ژنی می‌گویند.

اپی ژنتیک بین دو نسخه از یک ژن نقش‌پذیر تمایز قائل می‌شود و تعیین می‌کند که کدام یک روشن باشد. برخی از بیماری‌ها به دلیل نقش‌پذیری غیرطبیعی ایجاد می‌شوند. این بیماری‌ها عبارتند از سندرم بکویث-ویدمن (Beckwith-Wiedemann)، یک اختلال مرتبط با رشد بیش‌ازحد بدن و افزایش خطر ابتلا به سرطان، سندرم پرادر ویلی (Prader-Willi)، که با تون عضلانی ضعیف و گرسنگی مداوم، که منجر به چاقی می‌شود همراه است و سندرم آنجلمن (Angelman) که منجر به ناتوانی ذهنی و همچنین مشکلات حرکتی می‌شود.

آیا اپی ژنوم تغییر می کند؟

اگرچه همه سلول‌های بدن اساساً دارای ژنوم یکسانی هستند، اما زمانی‌که سلول‌ها تخصصی می‌شوند، DNA نشانه‌گذاری‌شده با برچسب‌های شیمیایی روی DNA و هیستون‌ها دوباره تنظیم می‌شوند. همچنین اپی ژنوم می‌تواند در طول زندگی فرد تغییر کند.

چه چیزی باعث تغییر اپی ژنوم می شود؟

شیوه زندگی و عوامل محیطی (مانند سیگار کشیدن، رژیم غذایی و بیماری‌های عفونی) می‌توانند فرد را در معرض فشارهایی قرار دهند که واکنش‌های شیمیایی بدن را تحریک می‌کند. پاسخ بدن به این عوامل محیطی به نوبه خود اغلب منجر به تغییراتی در اپی ژنوم می‌شوند که برخی از آن‌ها می‌توانند آسیب‌زا باشند. با این حال، به نظر می‌رسد توانایی اپی ژنوم برای سازگاری با فشارهای زندگی برای سلامت طبیعی انسان ضروری است. برخی از بیماری‌های انسانی به دلیل عملکرد نادرست پروتئین‌هایی هستند که نشانه‌گذاری اپی ژنتیک را “می‌خوانند” و “می‌نویسند” .

تغییرات در اپی ژنوم چگونه در سرطان دخیل است؟

سرطان‌ها در اثر تغییر در ژنوم، اپی ژنوم یا هر دو ایجاد می‌شوند. تغییرات در اپی ژنوم می‌تواند ژن‌های دخیل در رشد سلولی یا پاسخ سیستم ایمنی بدن را روشن یا خاموش کند. این تغییرات می‌تواند منجر به رشد کنترل‌نشده که نشانه اصلی سرطان است، یا ناتوانی سیستم ایمنی در از بین بردن تومورها شود.

در نوعی تومور مغزی به نام گلیوبلاستوما (glioblastoma)، پزشکان در درمان بیماران با داروی تموزولومید (temozolomide) که با افزودن گروه‌های متیل به DNA، سلول‌های سرطانی را از بین می‌برد، موفقیت هایی داشته‌اند. در برخی موارد، متیلاسیون یک اثر ثانویه خوشایند دارد: ژنی که با تموزولومید مقابله می‌کند را مسدود می‌کند. بیماران مبتلا به گلیوبلاستوما که تومورهای آن‌ها دارای چنین ژن‌های متیله شده‌ای هستند، نسبت به کسانی که ژن‌های متیله‌نشده دارند، با احتمال بیشتری به تموزولوماید پاسخ می‌دهند.

تغییرات در اپی ژنوم همچنین می‌تواند ژن‌های محرک رشد در سرطان معده، سرطان روده بزرگ و شایع‌ترین نوع سرطان کلیه را فعال کند. در برخی سرطان‌های دیگر، تغییرات در اپی ژنوم، ژن‌هایی را که معمولاً رشد سلولی را کنترل می‌کنند خاموش می‌کند.

برای تهیه فهرست کاملی از تغییرات احتمالی اپی ژنومیک که می‌تواند منجر به سرطان شود، در شبکه اطلس ژنوم سرطان (TCGA) که توسط موسسه ملی بهداشت (NIH) پشتیبانی می‌شود، محققان ژنوم و اپی ژنوم سلول‌های طبیعی را با هم مقایسه می‌کنند. محققان از این مقایسه به‌دنبال تغییرات در توالی DNA و تغییرات در تعداد گروه‌های متیل روی DNA هستند. درک همه تغییراتی که یک سلول طبیعی را به سلول سرطانی تبدیل می‌کند، تلاش‌ها برای ایجاد راه‌های جدید و بهتر برای تشخیص، درمان و پیشگیری از سرطان را سرعت می‌بخشد.

محققان چگونه اپی ژنتیک را بررسی می کنند؟

در زمینه مطالعاتی که به‌عنوان اپی ژنتیک شناخته می‌شود، محققان در تلاشند تا مکان‌ها را ترسیم کرده و عملکرد تمام برچسب‌های شیمیایی که ژنوم را مشخص می‌کنند، درک کنند.

تا همین اواخر، دانشمندان فکر می‌کردند که بیماری‌های انسانی عمدتاً به دلیل تغییر در توالی DNA، عوامل عفونی مانند باکتری‌ها و ویروس‌ها یا عوامل محیطی دیگر ایجاد می‌شوند. با این حال، اکنون محققان نشان داده‌اند که تغییرات در اپی ژنوم نیز می‌تواند باعث بیماری شود.

بنابراین، اپی ژنتیک به بخشی حیاتی از تلاش‌ها برای درک بهتر بدن انسان و بهبود سلامت انسان تبدیل شده است. نقشه‌های اپی ژنتیک ممکن است روزی پزشکان را قادر سازند تا وضعیت سلامتی فرد را تعیین کرده و پاسخ بیمار به درمان‌ها را شخصی‌سازی کنند.

به‌عنوان بخشی از پروژه ENCODE (دایره‌المعارف عناصر DNA) – که هدف آن فهرست‌نویسی بخش‌های کار ژنوم است – مؤسسه ملی تحقیقات ژنوم انسانی به محققان کمک مالی می‌کند تا نقشه‌های اپی ژنتیک انواع مختلف سلول را تهیه کنند. برخی از محققین تحت حمایت NIH (موسسه ملی سلامت آمریکا) تعدادی نقشه اپی ژنتیک از چند اندام و بافت انسانی تهیه کرده‌اند. این پروژه‌های NIH بخشی از یک تلاش بین‌المللی برای درک چگونگی تاثیر ژنتیک در پیشگیری، تشخیص و درمان بهتر بیماری است.

متیلاسیون DNA اولین تغییر اپی‌ژنتیکی شناخته شده در سلول‌های پستانداران است. متیلاسیون DNA به تغییرات برگشت پذیر و قابل وراثت در بیان ژن‌ها بدون تغییر در توالی DNA اطلاق می‌شود. این تغییرات، شامل متیلاسیون DNA و تغییرات پس از ترجمه هیستون‌ها، تحت تاثیر عوامل محیطی قرار دارند و پل ارتباطی بین محیط و ژنوم محسوب می‌شوند.

• فرآیند متیلاسیون DNA

در پستانداران متیلاسیون DNA در کربن شماره ۵ سیتوزین در بستر دی نوکلئوتید CpG و توسط آنزیم‌های DNA متیل ترانسفراز رخ می‌دهد. در ژنوم این موجودات، نواحی غنی از CpG در بسیاری از پروموترها دیده می‌شوند و جزایر CpG را تشکیل می‌دهند. متیلاسیون این جزایر می‌تواند با ممانعت از دسترسی عوامل رونویسی به پروموتر یا فراخوانی پروتئین‌های متصل شونده به CpG های متیله بیان ژن را سرکوب کند. پروتئین‌های متصل شونده به CpG‌های متیله با فراخوانی کمپلکس‌های حاوی هیستون دِاستیلاز‌ها، باعث دِاستیلاسیون پروتئین‌های متصل شونده به بازمانده‌های لیزین هیستون‌ها و بسته شدن ساختار کروماتین و در نتیجه خاموشی رونویسی می‌شوند.

• نقش ها و عملکرد های متیلاسیون DNA

متیلاسیون DNA به عنوان یک سیستم اپی ژنتیکی در تکوین جانداران، غیرفعال شدن یکی از کروموزوم های X در پستانداران ماده، حافظه سلولی، نقش بندی بیان RNA های غیر کد کننده، مهار ژنی و مقابله با سرطان نقش دارد.

در این روش‌ها ابتدا DNA در معرض آنزیم‌های محدود کننده قرار می گیرد و سپس توسط PCR تکثیر می‌شود. معمولا این روش برای مطالعه DNA با درصد بالای متیلاسیون استفاده می‌شود‌. روش‌های دیگر که امروزه بسیار رایج هستند، روش‌هایی مبتنی بر تغییرات شیمیایی با سدیم بی‌سولفیت و تعیین توالی ژنوم  پس از تیمار با بی‌سولفیت می‌باشند. اساس عملکرد تکنیک‌هایی که پایه‌ی آن‌ها تغییرات بیوشیمیایی توسط بی‌سولفیت است به این صورت است که سیتوزین‌هایی که غیرمتیله هستند به یوراسیل تبدیل می‌شوند ولی بر روی سیتوزین‌های متیله عملکردی ندارد. بنابراین بی سولفیت بسته به حضور یا عدم حضور متیل روی سیتوزین تغییرات ویژه‌ای را در DNA ایجاد می‌کند که با روش‌های PCR، توالی‌یابی و ریزآرایه قابل ارزیابی است. روش‌های دیگری وجود دارد که  مبتنی بر تمایل آنتی‌بادی علیه DNA متیله یا پروتئین‌های متصل شونده به آن برای مشخص کردن متیلاسیون است.

 

به طور کلی چند روش اصلی در روند بررسی متیلاسیون وجود دارد:

• روش‌های مبتنی بر برش توسط آنزیم‌های محدود کننده حساس به متیلاسیون
• روش های مبتنی بر تیمار با بی‌سولفیت سدیم
• روش‌های مبتنی بر استفاده از آنتی بادی

• روش‌ مبتنی بر تیمار با بی‌سولفیت

تیمار با بی‌سولفیت DNA یکی از راج ترین تکنیک ها در این زمینه می باشد که در این روش ابتدا DNA با بی‌سولفیت تیمار می‌شود تا سیتوزین‌های غیرمتیله به یوراسیل تبدیل شود که در PCR با تیمین جایگزین خواهد شد. پرایمر‌ها برای خارج از نواحی که CpG داخل آن است طراحی می‌شود و معمولا صرف نظر از جایگاه متیلاسیون توالی هدف را می‌سازد ‌یا می توان مانند روش واکنش زنجیره ای پلیمراز خاص متیلاسیون، دو جفت پرایمر ویژه برای نواحی CpG متیله و غیرمتیله طراحی کرد. توالی‌یابی بی‌سولفیت ارزیابی دقیق‌تری از جایگاه متیلاسیون در مقایسه با روش PCR  که در آن برای توالی متیله و غیرمتیله پرایمر طراحی می‌شود را  ارائه می‌دهد و در نهایت محصولات حاصل از PCR برای توالی‌یابی استفاده خواهد شد.

روش هایی که بر اساس تکثیر DNA بی‌سولفیته شده با PCR می‌باشند می‌توانند بر اساس پرایمرهای PCR به دو گروه تقسیم شوند: یک گروه پرایمرهایی که به طور اختصاصی الگوهای متیله یا غیرمتیله را تکثیر می‌کنند به عنوان مثال واکنش زنجیره‌ای پلیمراز خاص متیلاسیون و گروه دوم پرایمرهایی که صرف نظر از وضعیت متیلاسیون جهت آنالیز متیلاسیون بعد از PCR به DNA الگو اجازه تکثیر می‌دهند و شامل ذوب با تفکیک بالا، هضم با آنزیم و توالی‌یابی پس از تیمار با بی‌سولفیت می‌باشند.

• آنالیز ترکیبی برش توسط آنزیم‌های محدود کننده و بی سولفیت

این روش ترکیبی از تیمار با بی‌سولفیت، PCR و آنزیم محدود کننده است و  برای بررسی متیلاسیون در یک جایگاه خاص استفاده می‌شود. ابتدا DNA با بی‌سولفیت تیمار می‌شود و با پرایمرهایی که برای BSP طراحی شده است قطعه مورد نظر تکثیر می‌شود. محصول با آنزیم محدود کننده تیمار می‌شود با توجه به تغییر سیتوزین‌های غیرمتیله به تیمین ممکن است جایگاه‌های برش آنزیم تغییر پیدا کرده باشد و نتواند DNA را هضم کند در نتیجه الگوی باندهای الکتروفورز آن نسبت به نمونه‌ی متیله شده متفاوت است. از معایب این روش این است که فقط سیتوزین‌ها در جایگاه شناسایی آنزیم‌ها  تشخیص داده می‌شوند ولی این روش کمّی و آسان بوده که برای مقادیر DNA اولیه کم و نمونه‌های فیکس شده با پارافین نیز قابل استفاده است.

• متیلاسیون DNA و بررسی طول تلومر

بررسی تغییرات اپی ژنتیک به ویژه متیلاسیون و فسفریلاسیون برای نواحی خاصی از ژنوم از جمله تلومر بسیار حائز اهمیت می باشد. تلومرها ساختارهای نوکلئوپروتئینی هستند که انتهای کروموزوم ها را پوشش می دهند. یکپارچگی ساختار تلومر و هگزامر DNA آن (TTAGGG) n یک توالی تکراری مهم برای محافظت از انتهای کروموزوم ها در برابر تخریب و در حفظ ثبات کلی ژنوم حیاتی است.

تعداد هگزامر DNA (TTAGGG) n تکرار در طول هر تقسیم سلولی در سلول های تمایز یافته کاهش می یابد، و در نتیجه طول تلومر اغلب در اکثر سلول های تمایز یافته در طول عمر ارگانیسم کاهش می یابد. کوتاه شدن تلومرها می‌تواند منجر به همجوشی انتهای تلومر و افزایش سطح بی‌ثباتی کروموزوم شود که به نوبه خود یک رویداد آغازگر کلیدی در بسیاری از سرطان‌ها از جمله سرطان‌ ریه، سینه، کولون و پروستات است.

مطالعات نشان داده است که کوتاه شدن تلومر می تواند توسط عوامل محیطی مانند استرس روانی و فیزیولوژیکی، استعمال سیگار و چاقی تسریع شود. به همین دلیل بررسی طول تلومر در جهت ارزیابی بسیاری از مخاطرات پیش رو و روند افزایش سن بسیار حائز اهمیت می باشد. یکی از روش های رایج در این مسیر بررسی عملکرد آنزیم تلومراز است که مانع از کوتاهی انتهای کوروموزوم شده و در سلول های سرطانی بیشتر عملکرد دارد.

برای بررسی این آنزیم می توان سنجش میزان TERT فسفریله را انجام داد که در فرم فسفریله منجر به مهار تلومراز می شود. از طرفی دو پروتئین TRF1 و TRF2 توسط انتهای کربوکسیل خود به DNA تلومری متصل می شوند و برای عمل طبیعی ناحیه تلومری ضروری هستند. بررسی بیان هر یک از این ژن ها می تواند گزینه مناسبی برای بررسی طول تلومر باشد. جهت اندازه گیری طول تلومر، از واکنش Real time PCR،برای سنجش فعالیت آنزیم تلومراز، از روش (Telomerase Repeated Amplification Protocol (TRAP می توان استفاده نمود. در بررسی طول تلومر با استفاده از Real time PCR می توان میزان تعداد کپی های پرایمر اختصاصی تلومر  را با استفاده از پرایمر اختصاصی tel و یک پرایمر تک کپی مورد مقایسه قرار داد.

استیلاسیون

استيلاسيون پروتئينهاي هيستوني يكي از مهمترين فرآيندهاي اپيژنتيكي است كه به منظور تنظيم بيان ژنها رخ ميدهد. كروماتين به واسطه اتصال گروه استيل به دنباله هيستوني نوكلئوزومهايش، رشته DNA را در دسترس فاكتورهاي رونويسي و ديگر پروتئينهاي تنظيمكننده بيان ژن قرار ميدهد. مطالعات نشان داده كه نوع استيلاسيون نوكلئوزومها ميتواند در شناسايي جايگاه پيوند فاكتورهاي رونويسي يك سيگنال مهم باشد. در اين تحقيق هدف يافتن يك روش محاسباتي براي پيشگويي جايگاه فاكتورهاي رونويسي براساس الگوي نوع پراكندگي 18 هيستون استيلاسيون است. در اين راستا، الگوي پراكندگي 18 هيستون استيلاسيون در سلول T+CD4 انسان كه اطراف فاكتور رونويسي SP1 قرار گرفتهاند مورد تحليل قرار گرفت. نتايج نشان داد كه از 18 هيستون استيلاسيون 12 نوع از آنها در شناسايي جايگاه فاكتور رونويسي SP1 موثرند. سپس به وسيله تكنيك يادگيري با نظارت، يك شبكه چند لايه پرسپترون براساس جايگاههاي پيوند فاكتور رونويسي SP1 (استخراج شده از كروموزوم 1 انساني) و الگوي پراكندگي 12 هيستون در اطراف آنها، آموزش داده شد. در نهايت از اين شبكه براي پيشگويي جايگاههاي فاكتور رونويسي SP1 بر روي كروموزوم 2 انساني و جايگاههاي 12 فاكتور رونويسي ديگر بر روي كروموزومهاي 1 و 2 استفاده گرديد.

یكي از مسائلي كه دانشمندان علم ژنتيك در سالهاي اخير در پي شناخت آن بودهاند، مكانيسمهاي گوناگون درون سلولي است كه با همكاري يكديگر، بيان ژنها را تنظيم ميكنند. فاكتورهاي رونويسي يكي از مهمترين عوامل دخيل در تنظيم بيان ژني هستند. اين پروتئينها در آغاز رونويسي به محل پروموتر ژن متصل ميشوند و عمل رونويسي را فعال يا سركوب ميكنند. بنابراين مطالعه جايگاههاي اتصال فاكتورهاي رونويسي به DNA ميتواند نقش عمده اي در شناخت فرآيندهاي تنظيم بيان ژنها داشته باشد. پژوهشگران در سه دهه اخير روشهاي متنوعي براي كشف اين جايگاهها ارائه دادهاند؛ اگرچه اكثر آنها دقت كافي براي پيشگويي ندارند. مطالعات اخير نشان ميدهند كه ساختار كروموزوم ميتواند به تعيين جايگاه پيوند فاكتور رونويسي كمك كند. به عبارت ديگر، كروموزومها براي اجراي عملكردهاي مختلف سلول از قبيل همانندسازي، ترميم، نوتركيبي و رونويسي DNA، متحمل تغييرات فراواني ميشوند. در هر لحظه قسمتي از ژنوم كه نياز به رونويسي دارد، در دسترس فاكتورهاي رونويسي قرار ميگيرد؛ در حالي كه بقيه ژنوم به دقت محافظت ميشود. اين عملكرد در صورتي امكانپذير است كه ساختار كروماتين در شرايط گوناگون و در پاسخ به سيگنالهايي كه دريافت ميكند، به درستي تغيير نمايد. از عوامل تغيير كروماتين در فرآيند تنظيم بيان ژنها ميتوان به تغييرات متيلاسيون و استيلاسيون دم هيستوني اشاره نمود كه با جا به جايي بار الكتريكي نوكلئوزوم، سبب كاهش نيروي جاذبه ميان نوكلئوزوم و DNA پيچيده شده در اطراف آن ميشود .
در زمينه تغييرات هيستوني متيلاسيون، ميتوان با رگرسيون لجستيك از نواحي متيله شده كروماتين، به عنوان ماركري براي شناسايي جايگاه پيوند فاكتورهاي رونويسي در انسان بهره برد.
همچنين طي مطالعه ای در سال 2014 ،مشخص شد كه متيلاسيون در نواحي پروموتري ژن هاي سركوبگر سرطان، منجر به بروز سرطان ميشود. در ضمن، ارتباط هيستون استيلاسيون ها و تنظيم رونويسي در ژنوم مخمر مورد بررسي قرار گرفت كه منجر به طرح دو فرضيه زير گشت:
1 -فاكتورهاي رونويسي به كروموزوم متصل ميشوند و سپس استيلترانسفرازها و داستيلترانسفرازها را به كار ميگيرند تا هيستون ها را دچار تغيير استيلاسيوني كنند.
2 -وقوع هر فاكتور رونويسي خاص وابسته به الگوي
منحصر به فردي از تغييرات هيستوني است كه رونويسي ژن را ممكن ميسازد. اين فرضيه با نام فرضيه "كد هيستوني" شناخته ميشود. نخستين بار، در سال 2006 ارتباط ميان هيستون استيلاسيون ها و فاكتورهاي رونويسي مخمر به وسيله روش خوشه بندي مورد مطالعه قرار گرفت. دو سال بعد براساس اولين فرضيه، يك شبكه تنظيم بيان ژني براساس رگرسيون خطي براي مخمر ساخته شد. ژيبين ونگ در سال 2008 الگوي تغييرات هيستوني در اطراف پروموتر
ژن هاي يوكاريوتي را بررسي نمود و نشان داد الگوهاي تركيبي هيستون استيلاسيون ها باعث تنظيم بيان ژن هاي خاصي در ژنوم انسان ميگردد.نتايج بيانگر اين بود كه ميزان بالاي يك تغيير خاص در اطراف برخي ژنها و از طرفي ميزان بسيار كم آن در برخي ديگر، نشان دهنده تفاوت در الگوهاي تغييرات هيستوني در اطراف ژن هاي متفاوت است. به عبارت ديگر، براي بيان همه ژنها تركيب يكساني از تغييرات هيستوني نياز نيست، بلكه هر ژن الگوي خاصي از اين نوع تغييرات را براي بيان نياز دارد .رمسي در سال 2013 ،اثرگذاري هيستون استيلاسيون ها را در تشخيص جايگاه پيوند فاكتورهاي رونويسي بر روي ژنوم انسان آناليز نمود.