Všeobecné a definícia
Epigenetics sa zaoberá štúdiom všetkých tých dedičných modifikácií, ktoré vedú k variáciám v génovej expresii, avšak bez zmeny sekvencie DNA, a teda bez toho, aby spôsobovali modifikácie v sekvencii nukleotidov, ktoré ju tvoria.
Použitím technickejšieho jazyka však môžeme potvrdiť, že epigenetika študuje všetky tieto modifikácie a všetky zmeny, ktoré sú schopné meniť fenotyp jednotlivca, bez toho, aby sa zmenil genotyp.
Zásluhu na „vytvorení pojmu„ epigenetika “má biológ Conrad Hal Waddington, ktorý ho v roku 1942 definoval ako„ odvetvie biológie, ktoré študuje príčinné interakcie medzi génmi a ich produktom a prináša fenotyp “.
Vysvetlené týmito pojmami sa epigenetika môže zdať dosť zložitá; na lepšie pochopenie konceptu môže byť užitočné otvoriť malú zátvorku o tom, ako sa tvorí DNA a ako prebieha transkripcia génov, ktoré obsahuje.
Transkripcia DNA a génu
DNA je obsiahnutá v jadre bunky. Má štruktúru dvojitej špirály a skladá sa z opakujúcich sa jednotiek, ktoré sa nazývajú nukleotidy.
Väčšina DNA obsiahnutej v našich bunkách je organizovaná v konkrétnych podjednotkách nazývaných nukleozómy.
Nukleozómy sa skladajú z centrálnej časti (nazývanej jadro) tvorenej proteínmi nazývanými históny, okolo ktorých je obalená DNA.
Súbor DNA a histónov tvorí takzvaný chromatín.
Transkripcia génov obsiahnutých v DNA závisí presne od „ich zabalenia“ do nukleozómov. Proces transkripcie génov je v skutočnosti regulovaný transkripčnými faktormi, konkrétnymi proteínmi, ktoré sa viažu na špecifické regulačné sekvencie prítomné v DNA a ktoré sú schopné aktivovať alebo potlačiť - v závislosti od prípadu - špecifické gény.
DNA s nízkou úrovňou balenia preto umožní transkripčným faktorom prístup k regulačným sekvenciám. Naopak, DNA s vysokou úrovňou balenia im prístup neumožní.
Úroveň balenia je určená samotnými histónmi a zmenami, ktoré je možné vykonať v ich chemickej štruktúre.
Konkrétnejšie, „acetylácia histónov (tj. Pridanie acetylovej skupiny na konkrétne miesta aminokyselín, ktoré tieto proteíny tvoria)) spôsobuje, že chromatín nadobudne„ uvoľnenejšiu “konformáciu umožňujúcu vstup transkripčných faktorov, a teda transkripciu génu Na druhej strane, deacetylácia odstráni acetylové skupiny, čo spôsobí zahustenie chromatínu a tým blokovanie transkripcie génu.
Epigenetické signály
Vo svetle toho, čo bolo doteraz povedané, môžeme potvrdiť, že ak epigenetika študuje modifikácie schopné meniť fenotyp, ale nie genotyp jednotlivca, epigenetickým signálom je modifikácia schopná zmeniť expresiu daného génu bez zmeny nukleotidovej sekvencie.
V dôsledku toho môžeme potvrdiť, že acetyláciu histónov uvedených v predchádzajúcom odseku je možné považovať za epigenetický signál; inými slovami, je to epigenetická modifikácia schopná ovplyvniť aktivitu génu (ktorý môže byť transkribovaný alebo menej) bez zmeny jeho štruktúra.
Ďalší typ epigenetickej modifikácie je tvorený metylačnou reakciou, DNA aj samotných histónov.
Metylácia (tj. Pridanie metylovej skupiny) DNA na promótorové miesto napríklad znižuje transkripciu génu, ktorého aktivácia je regulovaná samotným týmto promótorovým miestom. V skutočnosti je promótorové miesto špecifickou sekvenciou umiestnenej DNA. proti prúdu génov, ktorých úlohou je umožniť začatie prepisu tých istých. Pridanie metylovej skupiny na toto miesto preto spôsobuje akési zaťaženie, ktoré bráni transkripcii génu.
Napriek tomu ďalšími príkladmi v súčasnej dobe známych epigenetických modifikácií sú fosforylácia a ubikvitinácia.
Všetky tieto procesy zahŕňajúce DNA a histónové proteíny (ale nielen) sú regulované inými proteínmi, ktoré sú syntetizované po transkripcii iných génov, ktorých aktivitu je možné naopak zmeniť.
V každom prípade je najzaujímavejšou zvláštnosťou epigenetickej modifikácie, že môže prebiehať v reakcii na vonkajšie environmentálne podnety, ktoré sa týkajú práve prostredia, ktoré nás obklopuje, nášho životného štýlu (vrátane výživy) a nášho zdravotného stavu.
V istom zmysle môže byť epigenetická modifikácia chápaná ako adaptívna zmena ovládaná bunkami.
Tieto zmeny môžu byť fyziologické, ako sa to deje v prípade neurónov, ktoré preberajú epigenetické mechanizmy na učenie a pamäť, ale môžu byť aj patologické, ako sa to deje napríklad v prípade duševných porúch alebo nádorov.
Ďalšími dôležitými charakteristikami epigenetických modifikácií sú reverzibilita a dedičnosť.V skutočnosti môžu byť tieto modifikácie prenášané z jednej bunky do druhej, aj keď môžu v priebehu času stále prechádzať ďalšími zmenami, vždy v reakcii na vonkajšie podnety.
Nakoniec, epigenetické modifikácie môžu nastať v rôznych fázach života a nielen na embryonálnej úrovni (keď sa bunky diferencujú), ako sa kedysi verilo, ale aj vtedy, keď je organizmus už vyvinutý.
Terapeutické aspekty
Objav epigenetiky a epigenetických modifikácií je možné v terapeutickej oblasti široko využiť na potenciálnu liečbu rôznych typov patológií, vrátane patológií neoplastického typu (nádory).
V skutočnosti, ako už bolo spomenuté, epigenetické modifikácie môžu mať tiež patologický charakter; preto ich v týchto prípadoch možno definovať ako skutočné anomálie.
Vedci preto predpokladali, že ak sú tieto zmeny ovplyvniteľné vonkajšími podnetmi a môžu sa prejaviť a ďalej sa modifikovať počas celého života organizmu, je možné na nich zasiahnuť pomocou špecifických molekúl s cieľom vrátiť situáciu späť do normálne podmienky.normality. To je niečo, čo sa nedá (aspoň zatiaľ) urobiť, keď príčina ochorenia spočíva v skutočnej genetickej mutácii.
Aby sme lepšie porozumeli tomuto konceptu, môžeme si vziať za príklad využitie znalostí epigenetiky v oblasti protirakovinových terapií, ktoré vedci použili.
