Splošnost in definicija
Epigenetika se ukvarja s preučevanjem vseh teh dednih modifikacij, ki vodijo do sprememb v izražanju genov, ne da bi spremenili zaporedje DNA, tako da ne povzročajo sprememb v zaporedju nukleotidov, ki ga sestavljajo.
Po drugi strani pa lahko z uporabo bolj tehničnega jezika rečemo, da epigenetika proučuje vse tiste spremembe in vse tiste spremembe, ki lahko spremenijo fenotip posameznika, ne da bi pri tem spremenili genotip.
Zasluge za sklenitev izraza "epigenetika" pripisujemo biologu Conradu Hal Waddingtonu, ki ga je leta 1942 opredelil kot "vejo biologije, ki preučuje vzročne interakcije med geni in njihovim produktom, ter vzpostavlja fenotip ".
V teh pojmih je lahko epigenetika precej zapletena; za boljše razumevanje koncepta je lahko koristno odpreti majhno oklepaje o tem, kako se naredi DNK in kako poteka prepis genov, ki jih vsebuje.
DNA in genska transkripcija
DNA je vsebovano v celičnem jedru. Ima strukturo dvojne vijačnice in je sestavljena iz ponavljajočih se enot, imenovanih nukleotidi.
Večina DNA, ki jo vsebujejo naše celice, je organizirana v posebne podenote, imenovane nukleosome .
Nukleozomi so sestavljeni iz osrednjega dela (imenovanega jedra), sestavljenega iz beljakovin, imenovanih histoni, okoli katerih je DNA ovita.
Niz DNA in histonov predstavlja tako imenovani kromatin .
Transkripcija genov, ki jih vsebuje DNA, je odvisna prav od pakiranja slednjih znotraj nukleosomov. Pravzaprav proces transkripcije genov urejajo transkripcijski faktorji, specifični proteini, ki se vežejo na specifične regulatorne sekvence, ki so prisotne na DNK in ki lahko, odvisno od specifičnih genov, aktivirajo ali potlačijo.
DNA z nizko stopnjo pakiranja bo torej omogočila, da transkripcijski faktorji dostopajo do regulacijskih sekvenc. Nasprotno, DNK z visoko stopnjo pakiranja jim ne bo omogočala dostopa.
Nivo pakiranja je določen s samimi histoni in z modifikacijami, ki jih lahko naredimo v njihovi kemijski strukturi.
Podrobneje, acetilacija histonov (tj. Dodajanje acetilne skupine na določenih mestih na aminokisline, ki tvorijo te beljakovine) povzroči, da kromatin prevzame "bolj sproščeno" konformacijo, ki omogoča vstop transkripcijskih faktorjev., nato transkripcija gena. Po drugi strani deacetilacija odstrani acetilne skupine, kar povzroči, da se kromatin zgosti in tako blokira transkripcijo gena.
Epigenetski signali
Glede na to, kar smo doslej povedali, lahko trdimo, da epigenetska študija sprememb, ki lahko spremenijo fenotip, vendar ne genotip posameznika, pomeni, da je epigenetski signal modifikacija, ki lahko spremeni izražanje določenega gena, brez spreminjanja nukleotidne sekvence.
Zato lahko trdimo, da lahko acetilacijo histonov, o katerih smo govorili v prejšnjem odstavku, štejemo kot epigenetski signal; z drugimi besedami, gre za epigenetsko modifikacijo, ki lahko vpliva na aktivnost gena (ki se lahko prepiše ali ne), ne da bi spremenila njegovo strukturo.
Druga vrsta epigenetske modifikacije je reakcija metilacije tako DNA kot tudi samih histonov.
Na primer, metilacija (t.j. dodatek metilne skupine) DNA na mestu promotorja zmanjša transkripcijo gena, katere aktiviranje natančno regulira to isto mesto promotorja. Dejstvo je, da je promotorsko mesto specifična sekvenca DNA, ki se nahaja gorvodno od genov, katere naloga je omogočiti začetek transkripcije istega. Dodatek metilne skupine na tem mestu povzroča nekakšno količino, ki ovira transkripcijo genov.
Še vedno so drugi primeri epigenetskih modifikacij, ki so trenutno znane, fosforilacija in ubikvitinacija .
Vse te procese, ki vključujejo DNA in histonske proteine (vendar ne samo), regulirajo drugi proteini, ki se sintetizirajo po transkripciji drugih genov, katerih aktivnost se lahko spremeni.
Vendar pa je najbolj zanimiva posebnost epigenetske modifikacije, da se lahko odvija kot odziv na zunanje okoljske spodbude, ki se nanašajo prav na okolje, ki nas obdaja, naš življenjski slog (vključno s prehrano) in naše zdravstveno stanje.
V nekem smislu lahko epigenetsko modifikacijo razumemo kot prilagodljivo spremembo, ki jo izvajajo celice.
Te spremembe so lahko fiziološke, kot se dogajajo v primeru nevronov, ki sprejemajo epigenetske mehanizme za učenje in spomin, lahko pa so tudi patološki, kot se zgodi npr. V primeru duševnih motenj ali tumorjev.
Druge pomembne značilnosti epigenetskih sprememb so reverzibilnost in dedovanje . Pravzaprav se te spremembe lahko prenesejo iz ene celice v drugo, čeprav se lahko še vedno spreminjajo v daljšem časovnem obdobju, vedno kot odgovor na zunanje dražljaje.
Končno, epigenetske spremembe se lahko pojavijo v različnih življenjskih obdobjih in ne samo na ravni zarodka (ko se celice diferencirajo), kot so nekoč verjeli, ampak tudi ko je organizem že razvit.
Terapevtski vidiki
Odkritje epigenetike in epigenetskih modifikacij se lahko široko izkoristi na terapevtskem področju za potencialno zdravljenje različnih vrst patologij, vključno s tistimi neoplastičnega tipa (tumorji).
Kot je bilo že omenjeno, so epigenetske spremembe lahko tudi patološke narave; zato jih je v teh primerih mogoče opredeliti kot prave anomalije.
Raziskovalci so nato domnevali, da če na te spremembe vplivajo zunanji dražljaji in da se lahko manifestirajo in nadalje spreminjajo skozi celotno življenje organizma, je mogoče vanje posredovati z uporabo specifičnih molekul z namenom poročanja o razmerah v razmerah. normalnosti. To je nekaj, česar ne moremo storiti (vsaj še ne), ko je vzrok bolezni resnična genska mutacija.
Da bi bolje razumeli ta koncept, lahko vzamemo za primer uporabo, ki so jo raziskovalci opravili na področju poznavanja epigenetike na področju zdravljenja raka.
Epigenetika in tumorji
Kot je znano, neoplastične patologije izvirajo iz genetskih mutacij, ki vodijo v nastanek malignih celic, ki se zelo hitro razmnožujejo in povzročajo bolezen.
Vendar smo videli, da se - ob istih genskih mutacijah - isti tumor lahko razvije drugače in v različnih oblikah od enega posameznika do drugega (na primer, v človeku lahko razvijejo fulminantno obliko, v drugi pa obliko kronična). Raziskovalci verjamejo, da ta drugačen način manifestiranja patologije urejajo prav pojavi, ki so osnova za epigenetiko.
Zlasti so opazili, da v mnogih oblikah tumorja epigenetski mehanizmi, ki vodijo do nastanka bolezni, temeljijo prav na metilaciji in acetilaciji DNA in histonov (glej odstavek "Epigenetski signali").
Raziskave na tem področju so zato pripeljale do sinteze molekul, ki se še testirajo, ki lahko delujejo na ravni teh epigenetskih mehanizmov in imajo nekaj nadzora nad njimi.
Seveda s tem, da ne delujejo neposredno na DNA - torej ne delujejo na genetsko mutacijo, ki povzroča sam tumor - ta potencialna zdravila niso rezolucijska, vendar lahko upočasnijo ali ustavijo napredovanje neoplastične patologije in hkrati omogočijo zmanjšanje odmerkov. kemoterapije raka, kar bistveno izboljša kakovost življenja pacienta in podaljša pričakovano življenjsko dobo.
Vendar pa mehanizmi epigenetike niso le vključeni v razvoj rakavih patologij in znanje, pridobljeno do sedaj, lahko zagotovi nove in uporabne napotke za sintezo vedno bolj učinkovitih in specifičnih zdravil za zdravljenje bolezni, za katere še vedno ni ciljne terapije.
