אפיגנטיקה
מנגנונים אפיגנטיים

מספר תהליכים תאיים נופלים תחת הקטגוריה של תהליכים אפיגנטיים:
תהליכים הקשורים ב-DNA – שינויים קוולנטיים של ה-DNA (כגון מתילציה של ה-DNA) ושל ההיסטונים (כגון אצטיליציה של ליזין, מתילציה של ליזין וארגינין זרחון של סרין ותריאונין) מעורבים בתהליכים רבים של תורשה אפיגנטית.
סליל ה-DNA נכרך סביב חלבוני ההיסטונים כדי ליצור כרומטין. הפנוטיפ של יצורים מושפע מהגנים שמבוטאים, וישנו קשר בין הקיפול של גנים לבין רמת הביטוי שלהם. לפיכך, צורת הכריכה של סליל ה-DNA סביב ההיסטונים משפיעה על הפנוטיפ של התא. מצב זה הוא דינמי, ויכול להשתנות באמצעות חלבונים מעצבי כרומטין, אשר פועלים בשני מנגנונים עיקריים:
1. שינויים לאחר תרגום על חומצות האמינו של ההיסטונים. לחלבוני ההיסטונים יש שיירים ארוכים המורכבים מחומצות אמינו, ושינויים בהם יכולים להשפיע על צורת ההיסטון עצמו, וגם על אופן כריכת ה-DNA. במהלך תהליך השכפול, ההיסטונים אינם משתנים, ובכך יכולים להשפיע על אופן כריכת ה-DNA החדש. היסטונים אלה משמשים גם כתבניות עבור היסטונים חדשים המיוצרים כדי לשמור על השינויים הללו, שמוודאים שאופן כריכת ה-DNA מתאים לסוג התא הרצוי.
2. מתילציה של ה-DNA – לרוב באתרי CpG, כך שהציטוזין נהיה 5-מתיל-ציטוזין, אשר לרוב מתנהג כמו ציטוזין שאינו ממותל. אך כאשר ישנה כמות גבוהה של מתילציה באזור מסוים, הוא לרוב פחות מבוטא. תבנית המתילציה של ההורים יכולה להיות מועברת לזיגוטה, המסמנת איזה אלל יבוטא בצאצא (ראו החתמה גנומית). מנגנון הפעולה של המתילציה על ה-DNA נחקר היטב, ותלוי באנזימים אשר יודעים לזהות מצב בו בגדיל אחד של ה-DNA יש מתילציה, ולעשות מתילציה על הגדיל המשלים.
תהליכים התלויים בתעתיקי RNA – לעיתים, גן משעתק מקטע RNA המבקר את פעילות הגן בצורה ישירה או עקיפה, באמצעות גיוס ספציפי של קומפלקסים המשנים את הכרומטין. ישנם שינויים נוספים המתווכים באמצעות קטעי RNA קצרים או באמצעות יצירת RNA Interference. כאשר תא מתחלק, גם ה-RNA יתחלק בין תאי הבת, גם אם הגירוי המקורי ליצירת ה-RNA לא קיים בתאי הבת. ה-RNA יכול גם לעבור בין תאים סמוכים באמצעות דיפוזיה. אֵם מעבירה לזיגוטה כמות גדולה של RNA וחלבונים במהלך האואוגנזה, דבר המוביל להשפעות אימהיות. לאחרונה התגלה כי גם האב מעביר כמות מועטה של RNA שיכולה להשפיע בצורה אפיגנטית על מספר דורות.
תהליכים התלויים במיקרו רנ"א – מיקרו RNA הם חלק ממשפחת ה-RNA שאיננו מקודד, ובאורך שבין 17 ל-25 נוקילאוטידים, אשר מבקרים מספר רב של תהליכים ביצורים רבים. כל רצף קצר כזה יכול לבקר מאות רבות של מרנ"א ולשלוח אותם לפירוק. מחקרים מראים כי כ-60% מהגנים האנושיים מבוקרים על ידי מיקרו רנ"א. רבים מהמיקרו רנ"א מבוקרים בצורה אפיגנטית. בכ-50% מהגנים של המיקרו רנ"א ישנם איי CpG, שיכולים לדכא שעתוק כאשר הם עוברים מתילציה. שעתוק מאזורים שעברו מתילציה על איי CpG מדוכא ומורש. מיקרו רנ"א יכול להיות מבוקר על ידי מתילציה על ה-DNA וכן על ידי שינוי ההיסטונים.
תהליכים הקשורים במרנ"א – המרנ"א עצמו יכול לעבור מתילציה, ובכך מושפע ביטויו.
תהליכים התלויים ב-Small RNA – sRNA הן מולקולות רנ"א שאינו מקודד קטנות, מובְנות מאוד המצויות בחיידקים. הן שולטות על ביטוי גנים, וממלאות תפקידים חשובים בתהליכים ביולוגיים רבים על ידי קישור למולקולות המרנ"א בפרוקריוטים.
פריונים – זוהי הצורה הזיהומית של חלבון. באופן כללי, חלבונים מתקפלים ליחידות נפרדות המבצעות תפקידים תאיים מסוימים. חלבונים מסוימים יכולים להפוך להיות פריונים, על ידי קיפול החלבון לצורה זיהומית מסוימת, ואף לגרום לחלבונים אחרים לעבור למצב של פריון. על אף שהפריונים נחקרים בתחום המחלות הזיהומיות, ניתן לראות תהליך הדבקה על ידי פריון כתהליך אפיגנטי, כי הפריונים מובילים לשינויים פנוטיפיים מבלי לשנות את רצף ה-DNA עצמו. פריונים פטרייתיים נחשבים אפיגנטיים מכיוון שהם עוברים בתורשה.
תורשה מבנית – בריסניות, כגון סנדלית וטטרהימנה, תאים זהים מבחינה גנטית מראים הבדלים תורשתיים בסידור הריסים על פני התא. חוקרים שינו את דפוס הביטוי והראו שהסדר החדש מועבר לתאי הבת, וטענו כי המבנה הקיים משמש כתבנית ליצירת המבנה לדור הבא. המנגנון של צורת תורשה כזאת אינו ברור דיו, אך קיימות סיבות להניח שגם אורגניזמים רב תאיים משתמשים במבני תאים קיימים כדי להרכיב תאים חדשים.
מיקום נוקליאוזומים – הגנום של יצורים איקריוטיים מסודר סביבי אינספור נוקליאוזומים. המיקום שלהם ברחבי הגנום אינו אקראי, וקובע את מידת הנגישות של ה-DNA לחלבוני בקרה, המבקרים את רמות ביטוי הגנים וחלוקת התא. הוכח כי לפחות חלק מהנוקליאוזומים נשמרים בתאי הזרע (כאשר רוב ההיסטונים מוחלפים על ידי פרוטמינים) אך לא כל ההיסטונים, ולכן מיקום הנוקליאוזומים הוא תורשתי במידה מסוימת. מחקרים מראים כי ישנו קשר בין מיקום נוקליאוזומים לבין מאפיינים גנטיים נוספים, כגון מתילציה של DNA. עם זאת, לא כל עיצוב כרומטין מורש, ולא כל תורשה אפיגנטית מערבת את עיצוב הכרומטין.