Общи и дефиниции
Епигенетиката се занимава с изучаването на всички онези наследствени модификации, които водят до вариации в генната експресия, без обаче да променят ДНК последователността и следователно без да причиняват модификации в последователността на нуклеотидите, които я съставят.
Използвайки по -технически език обаче, можем да потвърдим, че епигенетиката изучава всички тези модификации и всички онези промени, които са в състояние да променят фенотипа на индивида, без обаче да променят генотипа.
Заслугата на „създаването на термина„ епигенетика “се приписва на биолога Конрад Хал Уодингтън, който през 1942 г. го определя като„ клон на биологията, който изучава причинно -следствените взаимодействия между гените и техния продукт и предизвиква фенотипа “.
Обяснено в тези термини, епигенетиката може да изглежда доста сложна; за по -добро разбиране на концепцията може да е полезно да се отворят малко скоби за това как се прави ДНК и как се извършва транскрипцията на гените, които тя съдържа.
ДНК и генна транскрипция
ДНК се съдържа в клетъчното ядро, има структура с двойна спирала и се състои от повтарящи се единици, наречени нуклеотиди.
По -голямата част от ДНК, съдържаща се в нашите клетки, е организирана в определени субединици, наречени нуклеозоми.
Нуклеозомите се състоят от централна част (наречена сърцевина), изградена от протеини, наречени хистони, около които се обвива ДНК.
Наборът от ДНК и хистони съставлява така наречения хроматин.
Транскрипцията на гените, съдържащи се в ДНК, зависи точно от "опаковката на последните" вътре в нуклеозомите. Всъщност процесът на генна транскрипция се регулира от транскрипционни фактори, специфични протеини, които се свързват със специфични регулаторни последователности, присъстващи в ДНК и които са в състояние да активират или потискат - в зависимост от случая - специфични гени.
Следователно ДНК с ниско ниво на опаковане ще позволи на транскрипционните фактори да имат достъп до регулаторни последователности, и обратно, ДНК с високо ниво на опаковане няма да им позволи достъп.
Нивото на опаковане се определя от самите хистони и промените, които могат да бъдат направени в тяхната химична структура.
По -конкретно, "ацетилирането на хистони (т.е. добавянето на ацетилова група на определени места на аминокиселините, които изграждат тези протеини) кара хроматина да приеме" по -спокойна "конформация, позволяваща навлизането на транскрипционни фактори, следователно генна транскрипция От друга страна, деацетилирането премахва ацетилните групи, което води до удебеляване на хроматина и по този начин блокира генната транскрипция.
Епигенетични сигнали
В светлината на казаното дотук, можем да потвърдим, че ако епигенетиката изучава модификациите, способни да променят фенотипа, но не и генотипа на индивид, епигенетичен сигнал е тази модификация, способна да промени експресията на даден ген , без да се променя нуклеотидната последователност.
Следователно можем да потвърдим, че споменатото в предходния параграф ацетилирането на хистони може да се разглежда като епигенетичен сигнал; с други думи, това е епигенетична модификация, способна да повлияе на активността на гена (който може да бъде транскрибиран или по -малко), без да се променя неговата структура.
Друг вид епигенетична модификация се състои от реакцията на метилиране, както на ДНК, така и на самите хистони.
Например, метилирането (т.е. добавянето на метилова група) на ДНК в промоторно място намалява транскрипцията на гена, чието активиране се регулира от самия този промоторен сайт. Всъщност промоторният сайт е специфична последователност от ДНК, разположена нагоре по веригата на гените, чиято задача е да позволи да започне транскрипцията на същите. Следователно добавянето на метилова група на това място причинява един вид обременяване, което възпрепятства генната транскрипция.
Все пак други примери за известни в момента епигенетични модификации са фосфорилирането и убиквитинирането.
Всички тези процеси, включващи ДНК и хистонови протеини (но не само), се регулират от други протеини, които се синтезират след транскрипцията на други гени, чиято активност от своя страна може да бъде променена.
Във всеки случай най -интересната особеност на епигенетичната модификация е, че тя може да се осъществи в отговор на външни стимули на околната среда, които засягат именно околната среда, която ни заобикаля, начина ни на живот (включително храненето) и здравословното ни състояние.
В известен смисъл епигенетична модификация може да се разбира като адаптивна промяна, управлявана от клетките.
Тези промени могат да бъдат физиологични, както се случва в случая на неврони, които приемат епигенетични механизми за учене и памет, но могат да бъдат и патологични, както се случва например в случай на психични разстройства или тумори.
Други важни характеристики на епигенетичните модификации са обратимост и наследственост.Всъщност тези модификации могат да се предават от една клетка в друга, въпреки че те все още могат да претърпят допълнителни промени във времето, винаги в отговор на външни стимули.
И накрая, епигенетичните модификации могат да настъпят в различни фази на живота и не само на ембрионално ниво (когато клетките се диференцират), както някога се е смятало, но и когато организмът вече е развит.
Терапевтични аспекти
Откриването на епигенетиката и епигенетичните модификации може да бъде широко използвано в терапевтичната област за потенциално лечение на различни видове патологии, включително тези от неопластичен тип (тумори).
Всъщност, както бе споменато, епигенетичните модификации също могат да имат патологичен характер; следователно в тези случаи те могат да бъдат определени като реални аномалии.
Следователно изследователите предположиха, че ако тези промени могат да бъдат повлияни от външни стимули и могат да се проявят и допълнително да се променят през целия живот на организма, тогава е възможно да се намеси в тях с помощта на специфични молекули с цел да върне ситуацията обратно нормални условия. Това е нещо, което не може да се направи (поне все още), когато причината за болестта се крие в истинска генетична мутация.
За да разберем по -добре тази концепция, можем да вземем за пример използването на изследователите от познанията за епигенетиката в областта на противораковите терапии.
