EPIGENETYCZNE MODYFIKACJE REGULACJI EKSPRESJI GENÓW
WPROWADZENIE
Epigenetyka została zdefiniowana jako dziedziczne zmiany aktywności i ekspresji genu, które występują bez zmian w sekwencji DNA. Wiadomym jest, że te niegenetyczne zmiany są ściśle regulowane przez 2 główne modyfikacje epigenetyczne: chemiczne modyfikacje reszt cytozyny w DNA (metylacja DNA) i białek histonowych, związanych z DNA (modyfikacje histonów). W praktyce wzory modyfikacji epigenetycznych mogą służyć jako epigenetyczne markery, reprezentujące aktywność i ekspresję genów tak dobrze, jak stan chromatyny.
Modyfikacje epigenetyczne mają kluczowe znaczenie dla upakowania i interpretacji genomu pod działaniem czynników fizjologicznych. Epigenetyka jest jedną z najszybciej rozwijających się dziedzin nauki, a teraz stała się głównym zagadnieniem w badaniach biologicznych, obejmujących rozwój i choroby. W ostatnich latach nastąpił szybki postęp w zrozumieniu mechanizmów epigenetycznych, które obejmują modyfikacje histonów, metylację DNA, małe i niekodujące RNA i architekturę chromatyny. Mechanizmy te, obok innych regulatorów zdarzeń transkrypcyjnych, ostatecznie regulują aktywność i ekspresję genów podczas rozwoju i różnicowania lub w odpowiedzi na bodźce środowiskowe.
Badania epigenetyczne mogą pomóc wyjaśnić, w jaki sposób komórki, posiadające identyczne DNA mogą się różnicować w różne typy komórek oraz to, jak utrzymują zróżnicowane stany komórkowe. Epigenetyka jest uważana za pomost pomiędzy genotypem i fenotypem.
Podczas gdy epigenetyka odnosi się do zmian pojedynczych genów lub ich zestawów, termin epigenom odzwierciedla ogólny epigenetyczny stan komórki i odnosi się do globalnych analiz markera epigenetycznego na przestrzeni całego genomu. Jest zatem niezwykle ważne, aby mapować wzory modyfikacji epigenetycznych lub profil epigenomu w danej komórce, które następnie mogą być wykorzystane jako epigenetyczne biomarkery do klinicznego przewidywania, diagnozowania i rozwoju terapeutycznego. Międzynarodowe projekty dotyczące ludzkiego epigenomu pracują obecnie nad tym, aby skatalogować wszystkie markery epigenetyczne we wszystkich głównych tkankach w obrębie całego genomu. Powstałe mapy referencyjne zapoczątkowują epigenetykę jako ekscytującą nową erę nauk medycznych. Jako przykład zaangażowania społeczności badawczej w klasyfikację markerów epigenetycznych można podać Narodowe Instytuty Zdrowia (NIH), które niedawno rozpoczęły kosztujące 190 mln dolarów wysiłki badawcze, aby dowiedzieć się więcej o epigenetyce.
Ten mini przegląd skupia się na metylacji DNA i najczęstszych modyfikacjach histonów, ze szczególnym uwzględnieniem ich dynamicznych oddziaływań w obrębie środowiska chromatynowego, które prowadzi do utworzenia kompleksu modyfikacji epigenetycznych, które koordynują regulację genów na poziomie molekularnym w komórkach ssaczych.
STRUKTURA CHROMATYNY
DNA genomowe w komórkach eukariotycznych jest pakowane za pomocą specjalnych białek, zwanych histonami, które tworzą kompleksy białko – DNA, zwane chromatyną. Podstawową jednostką chromatyny jest nukleosom, który składa się z około 146 par zasad (pz) DNA, owiniętych dookoła oktameru 4 histonów rdzeniowych (H2A, H2B, H3 i H4). Histony rdzeniowe są szczelnie opakowane w regionach globularnych z ogonami amino – terminalnymi, które rozciągają się od regionu globularnego, czyniąc je dostępnymi dla enzymów modyfikujących histony. Inne białko, nazwane łącznikowym histonem H1, oddziałuje z DNA, łączącym nukleosomy. Bierze on udział w upakowaniu chromatyny do struktur wyższego rzędu, które tworzą chromosomy. Ta organizacja chromatyny pozwala DNA być szczelnie zapakowanym, dokładnie powielanym i sortowanym do komórek potomnych podczas podziału komórki.
W komórkach niedzielących się chromatyna może być podzielona na 2 funkcjonalne stany: euchromatynę i heterochromatynę, które odpowiednio są transkrypcyjnie aktywnymi lub nieaktywnymi stanami chromatyny lub obszarami chromosomów. Euchromatyna jest regionem, w którym DNA jest dostępne, stanowiąc otwartą konformację ze względu na rozluźniony stan układu nukleosomu. Genomowe regiony euchromatyny są bardziej elastyczne i zawierają geny w stanie transkrypcyjnie aktywnym i nieaktywnym. Odwrotnie – heterochromatyna jest obszarem, gdzie DNA jest upakowane do bardzo skondensowanych form, które są niedostępne dla czynników transkrypcyjnych lub białek związanych z chromatyną. Genomowe regiony w obrębie heterochromatyny składają się głównie z sekwencji powtórzonych i genów represorowych związanych z morfogenezą lub różnicowaniem (piętnowanie lub inaktywacja chromosomu X) Heterochromatyna jest również powszechnym stanem chromatyny sekwencji DNA, które pełnią kluczowe funkcje w zakresie kontroli stabilności chromosomów i zapobiegania mutacjom i translokacjom.
Funkcje chromatyny obecnie wychodzą daleko poza zakres pakowania DNA i regulacji informacji genetycznej. W zamian, dynamiczne stany struktury chromatyny ściśle regulują aktywację i funkcję genomu tak, aby dalej wpływać na zachowanie komórek. Wyniki z ENCyklopedii Elementów DNA (ENCODE) – projektu pilotażowego, utrzymywanego w środku kształtu architektury chromatyny, w której genom jest zorganizowany w „otwarte” lub „zamknięte” obszary chromatyny, reprezentujące funkcjonalne domeny wyższych rzędów z charakterystycznym podziałem wzorów markerów epigenetycznych. Dynamiczna kompozycja chromatyny w różnych fazach cyklu komórkowego lub przejścia z jednego typu komórek do drugiego jest regulowana przez wiele mechanizmów epigenetycznych. Kwestie tego jak struktury wyższego rzędu są tworzone, regulowane i jaki jest ich wpływ na aktywność i funkcję genomu nadal pozostają nieuchwytne.
METYLACJA DNA
Metylacja DNA, rozpoznana jako pierwsza i najlepiej scharakteryzowana modyfikacja epigenetyczna jest związana z wyciszaniem transkrypcyjnym i jest ważna dla regulacji genów, rozwoju i powstawania nowotworów. W komórkach ssaczych metylacja DNA występuje w pozycji 5’ pierścienia cytozyny w obrębie dinukleotydów CpG poprzez dodanie grupy metylowej, skutkiem czego jest utworzenie 5 – metylocytozyny (m5C). Modyfikacja m5C jest katalizowana przez DNA metylotransferazy (DNMT), wśród których znajdują się DNMT1, DNMT3a i DNMT3b. DNMT3a i DNMT3b są metylotransferazami de novo, preferencyjnie ukierunkowanymi na niemetylowane dinukleotydy CpG po ta, aby zainicjować metylację. Proces metylacji de novo może występować we wczesnej fazie embrionalnej komórek macierzystych lub komórek nowotworowych. Podczas replikacji DNA, DNMT1 zachowuje się jak metylotransferaza utrzymująca, przede wszystkim rozpoznaje ona i metyluje hemimetylowane dinukleotydy CpG, kopiując tym samym wzory metylacji DNA z nici rodzicielskich na potomne. Metylotransferazy DNA mogą działać wspólnie, aby metylować DNA. Ponadto zaobserwowano, że knockout metylotransferaz DNA w modelach mysich jest letalny już na poziomie embrionalnym, co dowodzi ogromnego znaczenia metylacji DNA dla rozwoju embrionalnego komórek ssaczych.
Jako, że metylacja DNA jest przeważnie znajdowana w miejscach dinukleotydów CpG genomu ssaków, miejsca te mają tendencję do skupiania się w regionach, zawierających duże powtarzalne sekwencje, takie jak powtórzenia centromerowe, lub na końcach 5’ wielu genów, zwanych wyspami CpG (CpGI). U ludzi 50 – 70% wszystkich dinukleotydów CpG jest metylowane, głównie w regionach heterochromatyny. W przeciwieństwie do heterochromatycznych regionów, euchromatyczne wyspy CpG pozostają lokalnie niezmetylowane za wyjątkiem genów zaangażowanych w piętnowanie, inaktywację chromosomu X i różnicowanie komórek w specyficznotkankowe. Uważa się, że charakterystyczne wzorce rozkładu metylacji CpG mają kluczowe znaczenie dla kontroli wyciszania genów i stabilności chromosomalnej. Na przykład, hipermetylacja w sekwencjach powtórzonych połączona z modyfikacją histonów może prowadzić do kondensacji chromatyny DNA w niedostępne stany heterochromatyny. Odwrotnie, wyspy CpG znajdujące się w związanych z promotorem regionach DNA często są niezmetylowane, pozostając dostępnymi dla czynników transkrypcyjnych i białek związanych z chromatyną dla ekspresji większości genów metabolizmu podstawowego i wielu genów regulowanych.
Zaburzenie wzorców metylacji DNA wpływa na wiele aspektów procesów chorobowych, zwłaszcza w wielu ludzkich nowotworach. Nowotwory mają unikalną właściwość, w której ogólna hipometylacja powoduje zmianę struktury chromatyny, prowadząc do odpowiedniej aktywacji onkogenów i elementów zdolnych do transpozycji, zaś lokalna hipermetylacja wysp CpG w regionach promotorowych nowotworowych genów supresorowych (TSG) zapobiega aktywacji tych genów. Te epigenetyczne zmiany mogą służyć jako dodatkowy mechanizm onkogenny, przyczyniający się do tworzenia nowotworów. W rzeczywistości hipermetylacja wyspy CpG w regionach promotora TSG została uznana jako cecha charakterystyczna wielu typów komórek nowotworowych. To odkrycie znacznie rozszerzyło pole epigenetyki. Dziś wiele całogenomowych podejść do identyfikacji kandydatów na TSG jest rozwijanych, aby wykrywać zmiany w metylacji DNA, istniejące w obrębie całego genomu lub jedynie w konkretnych jego obszarach, które mogą okazać się użyteczne jako markery do oceny ryzyka, wczesnej prognozy i leczenia choroby. W akapicie na stronie 6 niniejszej publikacji opisujemy nowe techniki wykorzystywane do badania metylacji DNA.
MODYFIKACJA HISTONÓW
Końce aminowe histonów rdzeniowych są poddawane kilku typom wielowartościowych modyfikacji, obejmujących acetylację, metylację, fosforylację, ubikwitynację, sumoilację, etc. Modyfikacje histonów, uznawane za posttranslacyjną modyfikację (PTM) mają kluczowe znaczenie dla regulacji struktury i funkcji chromatyny, która z kolei może wpływać na wiele procesów, związanych z DNA, takich jak transkrypcja, rekombinacja, naprawa i replikacja DNA oraz organizacja chromosomalna.
Acetylacja i metylacja lizyn na ogonach histonów są dwiema najczęstszymi modyfikacjami posttranslacyjnymi z odmiennym rozkładem wzdłuż obu: euchromatyny i heterochromatyny. W przeciwieństwie do metylacji DNA, która jest stosunkowo stabilna, modyfikacje histonów są bardziej dynamiczne i trudne do analizy. Oznaczanie za pomocą Immunoprecypitacji Chromatyny (ChIP) – popularnej techniki, stosowanej do scharakteryzowania rozkładu modyfikacji histonów i analizy zajętości czynników transkrypcyjnych na konkretnych loci lub w całym genomie komórki. W akapicie na stronie 10 niniejszej publikacji opisujemy nowo opracowany ChIP system do badania modyfikacji histonów i ich roli w regulacji ekspresji genów.
Acetylacja histonów H3 i H4 (H3ac, H4ac)
Acetylacja histonów była pierwszą modyfikacją epigenetyczną, związaną z aktywnością biologiczną. Reszty lizyny na N – końcu histonu poddawane zarówno acetylacji przez enzymy acetylotransferazy histonów (HAT), jak i deacetylacji przez histonowe deacetylazy (HDAC). Te reszty lizyny mają ładunek dodatni, który wiąże się ściśle do ujemnie naładowanego DNA: kondensuje nukleosomy i tworzy zamkniętą strukturę chromatyny, która jest niedostępna dla czynników transkrypcyjnych. Acetylacja usuwa dodatnie ładunki i zmniejsza powinowactwo między histonami i DNA, otwierając w ten sposób skondensowaną strukturę chromatyny, aby umożliwić maszynerii transkrypcyjnej łatwiejszy dostęp do regionów promotorowych. Hiperacetylacja histonów jest zatem uważana za bardziej wiarygodny epigenetyczny regulator aktywacji transkrypcyjnej poprzez bezpośrednie zakłócenie fizycznej struktury chromatyny lub inne czynniki związane z chromatyną.
Metylacja histonów H3i H4 (H3me, H4me)
W przeciwieństwie do dobrze zbadanych hiperacetylacji histonów, które są dodatnio skorelowane z aktywnie transkrybowanymi genami, metylacja histonów jest związana zarówno z transkrypcyjną aktywacją, inaktywacją, jak i wyciszaniem regionów genomowych. Metylacja histonów występuje na różnych resztach lizyny z potencjalnym dodatkiem 1,2 lub 3 grup metylowych. Wpływ metylacji histonów na funkcję genów i stan chromatyny jest zależny nie tylko od specyficznie zmodyfikowanej reszty lizyny, ale także od stopnia metylacji. Metylacja histonów została scharakteryzowana jako wyróżniający się wzór związany z różnym wpływem na aktywność genów. Ogólnie rzecz biorąc w aktywowanych regionach genów występuje wzbogacenie metylacji histonów o H3K4me, H3K36me lub H3K79me. Dlatego też te epigenetyczne markery związane są z aktywacją transkrypcyjną. Przeciwnie, wzbogacenie metylacji histonów o H3K9me, H3K20mw lub H4K27me bierze udział w inaktywacji lub wyciszaniu genów. Jednakże za wyjątkiem tych wzorów zaobserwowanych w genach, które regulują rozwój komórek macierzystych, w których H3K4me3 i H3K27me3 współistnieją jako „biwalentne domeny”, utrzymując te kluczowe geny w stanach gotowych do późniejszej aktywacji.
Zawiłość, nieodłączna w metylacji histonów jest dalej przedstawiona poprzez stopień metylacji identycznych reszt lizynowych, związanych z przeciwnym wpływem na aktywność genów. Jest to dobrze udokumentowane, że H3K9me3, H3K27me3 i K4K20me3 są związane z transkrypcyjną represją lub formowaniem struktury heterochromatyny. Najnowsze badania wykazały, że monometylacja w tych resztach (H3K9me1, H3K27me1 i K4K20me1) została rozmieszczona głównie w regionach euchromatycznych i związana z aktywacją genów.
INTERPRETACJA MODYFIKACJI EPIGENETYCZNYCH
Nadzieja, że ukończenie Human Genome Project odkryło pewne tajemnice genomu, ale nie całkowicie zmieniło nasze spojrzenie na to, jak ekspresja genów jest regulowana, tak bardzo jak pierwotnie oczekiwano. Regulacja genów, znajduje się pod kontrolą wielu czynników, w zakresie od tych przekazywanych z pokolenia na pokolenie do tych, które są wrażliwe na bodźce środowiskowe i zostały uznane za ważne dla funkcjonowania genomu. Aby zrozumieć biologiczne znaczenie markerów epigenetycznych, niezbędna jest identyfikacja rozkładu metylacji DNA i modyfikacji histonów – gdzie ine występują (całościowo, czy regionalnie) wśród różnych tkanek lub typów komórek oraz kiedy one występują (normalny rozwój, czy proces chorobowy)
Podstawowy plan rozkładu modyfikacji epigenetycznych wśród genomu oraz całej gamy komórek ssaczych wskazuje, że cechy genomu opierają się na epigenetycy. Niedawno zakończona globalna analiza genomu, realizowana przez projekt ENCODE i inne badania, scharakteryzowała modyfikacje histonów w sposób bardziej szczegółowy. Na przykład H3K4me3, H3K4me2 i H3ac są silnie wzbogacone wokół miejsca startu transkrypcji (TSS) genów, z nieco niższym wzbogaceniem H3K4me1 i H4ac. Wzbogacenie H3K4me3, H3K4me2 i H3ac przy TSS jest wyraźnie związane ze stopniem aktywności genu. Dla genów, które uległy ekspresji, wzbogacenie H3K4me3 i H3ac występuje tylko poniżej TSS, z niższym poziomem wzbogacenia H3K4me2, H3K4me1 i H4ac, występujących dużo niżej. Dla genów, które nie uległy ekspresji albo uległy ekspresji na niskim poziomie, wzbogacenie H3K4me3 i H3ac jest słabsze, ale wciąż skoncentrowane przy TSS, podczas gdy wzbogacenie H4ac jest znacznie szerzej rozpowszechnione.
Oprócz uzyskania podobnego rozkładu wzorów dla H3K4me1, 2 i 3 poprzez wykorzystanie technologii ChIP – Seq Barskiego i współpracowników dalej zidentyfikowano pewne nieoczekiwane rozkłady modyfikacji histonów: H3K4me1, 2, 3 i H3K36me3, skorelowane z aktywnością genów ( wysoki poziom wzbogacenia wokół TSS); H3K9me1, H3K20me1 i H3K27me1 skorelowane z ekspresją genów ze względu na podwyższony poziom tych markerów, zlokalizowanych poniżej TSS i całym regionie transkrybowanym. W przeciwieństwie do tego, wysoki poziom H3K27me2,3, H3K79me3 i bardzo małe poziomy H3K9me2 i 3 zostały połączone z represją lub wyciszaniem genu. Względne wzbogacenie H3K9me2 i 3 wskazuje na tworzenie heterochromatyny i H4K20me3 jest związany z represywną chromatyną. Podobne wyniki otrzymano z innych ludzkich i mysich linii komórkowych. Okazuje się, że badania nad relacjami pomiędzy modyfikacjami epigenetycznymi i aktywacją transkrypcyjną będą wykorzystywać te narzędzia genetyczne, które zidentyfikują dodatkowe elementy funkcjonalne genomu, które mają wpływ na ekspresję genów.
Ostatnie badania dostarczyły wglądu w epigenetyczną regulację rozwoju. Dla przykładu, 2 typowe markery epigenetyczne, wskazujące na aktywność genów: H3K4me3 i H3K27me3 okazują się współistnieć na kluczowych genach, dotyczących rozwoju, wyrażonych na niskim poziomie w mysich zarodkowych komórkach macierzystych (ES) i na pewnych związanych z rozwojem genach w ludzkich indukowanych pluripotencjalnych ES. Biwalentne skupisko modyfikacji może być traktowane jako para „Yin – Yang” markerów regulacji różnicowania komórek ES poprzez utrzymywanie gotowego niskiego poziomu ekspresji w komórkach ES. Ma to istotne konsekwencje w zachowaniu pluripotencji w komórkach ES. Może być możliwym, aby manipulować różnicowaniem komórek ES poprzez selektywną regulację ścieżek modyfikacji. W naszym najnowszy wydaniu przygotowujemy ekscytujące nowe wydarzenia na polu komórek macierzystych.
W ogólnej analizie mapowania modyfikacji histonów w ludzkich limfocytach T, Zhao i współpracownicy podali, że H3K9/14ac i H3K4me3, związane z konstytutywnie wyrażonymi lub szybko indukowanymi genami są wymagane dla rozwoju i funkcjonowania limfocytów T. Odwrotnie, H3K27me3 jest związany z trwale wyciszonymi genami, które są zaangażowane w rozwój innych typów komórek. Co ważne, okazało się, że zarówno H3K4me3 jak i H3K27me3 są zlokalizowane w wielu regionach promotorowych w zróżnicowanych limfocytach T, co sugeruje wpływ na przeciwdziałanie regulacji genów w biwalentnych domenach. Jednakże geny w obrębie biwalentnych domen uległy ekspresji na znacznie niższym poziomie niż w przypadku innych genów w genomie, co potwierdza wnioski, pochodzące z komórek ES.
Złożoność regulacji epigenetycznej in vivo została podkreślona przez Fraga i współpracowników, którzy jako pierwsi określili, że strata H4K16ac i H4K20me3 jest wspólną cechą ludzkich komórek nowotworowych, związanych z hipermetylacją DNA na sekwencjach repetytywnych. Kondo, Shen i współpracownicy badając związek między metylacją DNA i modyfikacją histonów w komórkach raka prostaty stwierdzili, że większość genów wzbogaconych o H3K27me3 nie miały możliwej do wykrycia metylacji DNA i większość genów z hipermetylacją nie miały wzbogacenia H3K27me3. To odkrycie wskazuje na to, że rola H3K27me3 w wyciszaniu TSG w komórkach nowotworowych jest tkankowo i komórkowo specyficzna i jest potencjalnie zależna od metylacji DNA w regionach promotorowych. H3K27me3, pośredniczący w wyciszaniu genów w komórkach nowotworowych może być obiecującym celem terapeutycznym. Te przykłady podkreślają wzajemną rolę dla modyfikacji epigenetycznych, aby utworzyć rozległe regulacyjne kody epigenetyczne, które służą jako „odczyty” dla informacji zakodowanych w genomie i dalszej charakteryzacji unikalnych cech w całym genomie. Dynamiczny status modyfikacji epigenetycznych może regulować epigenetyczny stan chromatyny, faworyzując euchromatyczny (włączony) lub heterochromatyczny (wyłączony).
Ten zrównoważony efekt, w którym dynamiczny status metylacji DNA i modyfikacji histonów oddziałuje ze sobą jest przedstawiony na Figure 3. Wśród modyfikacji z efektem wyciszania genu, H3K3me3 ma również kluczowe znaczenie dla tworzenia heterochromatyny. Rekrutuje to represory i powiązane kofaktory, w tym HDAC i białko heterochromatyny 1 (HP – 1), powstałe w wyniku dalszej deacetylacji i metylacji DNA, prowadząc ostatecznie do kondensacji DNA w heterochromatynę. Wciąż do końca nie wiadomo, jak różne stany epigenetyczne są generowane i utrzymywane.
UWAGI KOŃCOWE
Jest kilka cech, charakteryzujących modyfikacje epigenetyczne, które powinniśmy rozważać wspólnie, w celu zrozumienia ich skutków biologicznych. Chociaż modyfikacje epigenetyczne są dziedziczne w komórkach somatycznych, są one odwracalne oraz mogą być związane lub służyć za potencjalne cele terapii lekowych. Ta ostatnia cecha ma istotne skutki dla profilaktyki, diagnozy oraz leczenia ludzkich chorób i efektów starzenia. W odróżnieniu od dyskretnych mutacji genetycznych, modyfikacje epigenetyczne są progresywnymi procesami, które mogą być analizowane ilościowo. Stopień modyfikacji epigenetycznych, mierzonych przez poziom rozkładu, może wpłynąć na rolę regulacji genów. Dlatego uzyskanie wielu informacji o modyfikacjach epigenetycznych jest ważne dla skutków wspomnianych powyżej.
Modyfikacje epigenetyczne, wynikające z dynamicznego procesu kontrolowanego przez wiele mechanizmów odpowiedzialnych za bodźce środowiskowe, mogą pozostać stabilne i dziedziczne. Jednak złożoność wzajemnego oddziaływania pomiędzy tymi markerami musi zostać wyjaśniona ze względu na różne warunki. Rozkład modyfikacji epigenetycznych nie jest jedynie związany z typami tkanek/komórek, ale jest on również powiązany z miejscem w którym się znajduje. Na przykład hipometylacja DNA występuje w całym genomie, podczas gdy miejscowa hipometylacja została zaobserwowana na TSG komórek rakowych. Ponadto wzory H3K4me3 i H3K9me3 definiują charakterystyczne domeny chromatyny. To położenie markerów epigenetycznych reguluje formułę genu w ramach konkretnych chromatycznych środowisk.
Epigenetyka odwołuje się do „instrumentacji” regulacji genomowych przez dynamiczne i skoordynowane modyfikacje. Te instrumentalne serie wydarzeń polegają na odkrywaniu specyficznych regionów DNA, pełnieniu funkcji (takich jak transkrypcja), a następnie przywracaniu DNA do pierwotnego stanu. Łączenie markerów epigenetycznych ze znanymi funkcjami regulacyjnymi w celu zdefiniowania odniesienia epigenomów zostało zalecone w projekcie ”Alliance for Human Epigenome and Disease” (AHEAD). Głównym celem projektu AHEAD jest mapowanie markerów epigenetycznych w zdefiniowane zestawy epigenomów tak, że porównanie stadiów choroby ze wzorami epigenomowymi występującymi w prawidłowych tkankach i zróżnicowane w komórkach, mogą zapewnić wgląd w czynniki, odpowiedzialne za regulacje chorób oraz procesów starzenia. Znaczny postęp poczyniono w kierunku identyfikacji globalnego rozkładu modyfikacji epigenetycznych. Pozostającym wyzwaniem jest rozwinięcie innowacyjnych narzędzi oraz platform by móc efektywniej rozszyfrowywać ludzkie epigenomy.