Yleisyys ja määritelmä
Epigenetics käsittelee kaikkien sellaisten perinnöllisten muutosten tutkimista, jotka johtavat geeniekspression vaihteluihin muuttamatta DNA-sekvenssiä siten, ettei se aiheuta muutoksia sen muodostavien nukleotidien sekvenssissä.
Toisaalta käyttämällä enemmän teknistä kieltä voidaan sanoa, että epigeneettinen tutkimus tutkii kaikkia niitä muutoksia ja kaikkia muutoksia, jotka pystyvät muuttamaan yksilön fenotyyppiä muuttamatta kuitenkaan genotyyppiä.
Termin "epigeneettinen" luomisen ansiot johtuvat biologista Conrad Hal Waddingtonista, joka vuonna 1942 määritteli sen "biologian sivukonttoriksi, joka tutkii geenien ja niiden tuotteiden syy-vuorovaikutusta ja luo fenotyypin ".
Näissä termeissä selitetty epigeneettisyys voi tuntua melko monimutkaiselta; käsitteen ymmärtämiseksi voi olla hyödyllistä avata pieni sulu siitä, miten DNA tehdään ja miten siihen sisältyvien geenien transkriptio tapahtuu.
DNA ja geenitranskriptio
DNA sisältyy solun tumaan. Siinä on kaksoiskierrerakenne ja se koostuu toistuvista yksiköistä, joita kutsutaan nukleotideiksi.
Suurin osa soluissamme olevasta DNA: sta on järjestetty tietyiksi alayksiköiksi, joita kutsutaan nukleosomeiksi .
Nukleosomit koostuvat keskiosasta (nimeltään ydin), joka koostuu proteiineista, joita kutsutaan histoneiksi, joiden ympärille DNA kääritään.
DNA: n ja histonien joukko muodostaa ns. Kromatiinin .
DNA: n sisältämien geenien transkriptio riippuu tarkasti viimeksi mainitun pakkauksesta nukleosomeissa. Itse asiassa geenin transkription prosessia säätelevät transkriptiotekijät, erityisesti proteiinit, jotka sitoutuvat DNA: ssa läsnä oleviin spesifisiin säätelysekvensseihin ja jotka kykenevät aktivoimaan tai tukahduttamaan - riippuen tapauskohtaisista geeneistä.
Siten DNA, jolla on alhainen pakkausaste, sallii transkriptiotekijöiden pääsyn säätelysekvensseihin. Sitä vastoin DNA, jolla on korkea pakkausaste, ei salli niiden pääsyä.
Pakkaustaso määräytyy itse histonien ja niiden kemialliseen rakenteeseen tehtävien muutosten perusteella.
Tarkemmin sanottuna histonien asetylointi (ts. Asetyyliryhmän lisääminen tiettyihin kohtiin aminohappoja, jotka muodostavat näitä proteiineja) saa kromatiinin ottamaan "rennomman" konformaation, joka mahdollistaa transkriptiotekijöiden pääsyn, sitten geenin transkriptio. Toisaalta deasetylointi poistaa asetyyliryhmät, jolloin kromatiini sakeutuu ja siten estää geenin transkription.
Epigeneettiset signaalit
Tähän mennessä sanotun perusteella voidaan todeta, että jos epigeneettinen tutkimus tutkii muutoksia, jotka voivat muuttaa fenotyyppiä, mutta ei yksilön genotyyppiä, epigeneettinen signaali on se modifikaatio, joka kykenee muuttamaan tietyn geenin ilmentymistä, nukleotidisekvenssiä muuttamatta.
Näin ollen voimme vakuuttaa, että histonien asetylointia, josta olemme puhuneet edellisessä kappaleessa, voidaan pitää epigeneettisenä signaalina; toisin sanoen se on epigeneettinen muunnos, joka kykenee vaikuttamaan geenin aktiivisuuteen (joka voidaan transkriptoida tai ei) muuttamatta sen rakennetta.
Toinen epigeneettisen modifikaation tyyppi on sekä DNA: n että itse histonien metylaatioreaktio .
Esimerkiksi DNA: n metylointi (ts. Metyyliryhmän lisääminen) promoottorikohdassa vähentää geenin transkriptiota, jonka aktivoitumista säätelee tarkasti sama promoottoripaikka. Itse asiassa promoottorikohde on spesifinen DNA-sekvenssi, joka sijaitsee ylävirtaan geeneistä, joiden tehtävänä on sallia saman transkription aloittaminen. Metyyliryhmän lisääminen tähän kohtaan aiheuttaa siksi sellaisen massan, joka estää geenin transkription.
Muutkin tunnetut epigeneettiset muunnokset ovat kuitenkin fosforylaatio ja ubikvinaatio .
Kaikkia näitä DNA: ta ja histoniproteiineja (mutta ei vain) käsittäviä prosesseja säätelevät muut proteiinit, jotka syntetisoidaan muiden geenien transkription jälkeen, joiden aktiivisuutta voidaan vuorostaan muuttaa.
Epigeneettisen muokkauksen mielenkiintoisin erityispiirre on kuitenkin se, että se voi tapahtua ulkoisten ympäristöön kohdistuvien ärsykkeiden vuoksi, jotka koskevat juuri ympärillämme olevaa ympäristöä, elämäntapojamme (mukaan lukien ravitsemus) ja meidän terveydentila.
Eräässä mielessä epigeneettinen muunnos voidaan ymmärtää solujen käyttämänä adaptiivisena muutoksena .
Nämä muutokset voivat olla fysiologisia, kuten tapahtuu neuronien tapauksessa, jotka käyttävät epigeneettisiä mekanismeja oppimista ja muistia varten, mutta voivat myös olla patologisia, kuten tapahtuu esimerkiksi mielenterveyden häiriöiden tai kasvainten tapauksessa.
Muita epigeneettisten muutosten tärkeitä piirteitä ovat palautuvuus ja perintö . Itse asiassa nämä modifikaatiot voidaan lähettää yhdestä solusta toiseen, vaikka ne voivat edelleen muuttua ajan kuluessa, aina vastauksena ulkoisiin ärsykkeisiin.
Lopuksi epigeneettiset modifikaatiot voivat tapahtua eri elämänvaiheissa eikä vain alkion tasolla (kun solut erilaistuvat), kuten ne uskoivat, vaan myös silloin, kun organismi on jo kehitetty.
Terapeuttiset näkökohdat
Epigeneettisten ja epigeneettisten muunnosten löytäminen voidaan laajalti hyödyntää terapeuttisessa kentässä erilaisten patologioiden, myös neoplastisen tyypin (kasvainten), mahdolliseen hoitoon.
Itse asiassa, kuten mainittiin, epigeneettiset muunnokset voivat myös olla luonteeltaan patologisia; siksi näissä tapauksissa ne voidaan määritellä todellisiksi poikkeavuuksiksi.
Tutkijat hypoteesivat sitten, että jos nämä muutokset voivat vaikuttaa ulkoisiin ärsykkeisiin ja voivat ilmetä ja muuttua koko organismin elinaikana, on mahdollista puuttua niihin käyttämällä tiettyjä molekyylejä, joiden tarkoituksena on ilmoittaa tilanteesta olosuhteissa normaalia. Tätä ei voida tehdä (ainakin ei vielä), kun taudin syy on todellisessa geneettisessä mutaatiossa.
Tämä käsite ymmärretään paremmin esimerkkinä siitä, miten tutkijat ovat käyttäneet epigeneettisen tietämyksen syöpähoitojen alalla.
Epigeneettiset ja tuumorit
Kuten hyvin tiedetään, neoplastiset patologiat ovat peräisin geneettisistä mutaatioista, jotka johtavat pahanlaatuisten solujen muodostumiseen, jotka lisääntyvät hyvin nopeasti ja aiheuttavat taudin.
Olemme kuitenkin nähneet, että - kun samat geneettiset mutaatiot - sama tuumori voi kehittyä eri tavalla ja eri muodoissa yksilöstä toiseen (esimerkiksi ihmisessä voi kehittyä äkillinen muoto, kun taas toisessa muodossa) krooninen). Tutkijat uskovat, että tämä erilainen tapa ilmoittaa patologia on säädetty nimenomaan epigenetian taustalla olevilla ilmiöillä.
Erityisesti on havaittu, että monissa kasvainmuodoissa taudin puhkeamiseen johtavat epigeneettiset mekanismit perustuvat juuri DNA: n ja histonien metylaatioon ja asetylointiin (katso "Epigeneettisten signaalien" kohta).
Tämän alan tutkimus on siten johtanut vielä testattavien molekyylien synteesiin, jotka kykenevät toimimaan näiden epigeneettisten mekanismien tasolla ja kontrolloimaan niitä.
Nämä potentiaaliset lääkkeet eivät tietenkään vaikuta suoraan DNA: han, mikä ei vaikuta itse kasvainta aiheuttavaan geneettiseen mutaatioon - eivät ole resolutivisia, mutta ne voivat hidastaa tai pysäyttää neoplastisen patologian etenemisen ja samalla sallia annosten pienenemisen syövän kemoterapian antamisesta, mikä parantaa merkittävästi potilaan elämänlaatua ja pidentää elinajanodotetta.
Epigeneettiset mekanismit eivät kuitenkaan ole mukana vain syöpät patologioiden kehittymisessä ja tähän mennessä saadut tiedot voivat tarjota uusia ja hyödyllisiä vihjeitä yhä tehokkaampien ja spesifisempien lääkkeiden synteesiin sairauksien hoitoon, joista kohdennettuja hoitoja ei vielä ole.
