Epigenetiikka

Yleistä ja määritelmä

Epigenetiikka tutkii kaikkia niitä perinnöllisiä muutoksia, jotka johtavat vaihteluihin geeniekspressiossa muuttamatta kuitenkaan DNA -sekvenssiä ja siten aiheuttamatta muutoksia sen muodostavien nukleotidien sekvenssiin.

Toisin sanoen epigenetiikka voidaan määritellä tutkimalla niitä geenimme ilmentymisen vaihteluita, jotka eivät johdu todellisista geneettisistä mutaatioista, mutta jotka voivat olla tarttuvia.
Teknisemmällä kielellä voimme kuitenkin vahvistaa, että epigenetiikka tutkii kaikkia niitä muutoksia ja kaikkia niitä muutoksia, jotka kykenevät vaihtamaan yksilön fenotyyppiä muuttamatta kuitenkaan genotyyppiä.
Termin "epigenetiikka" keksimisen ansio johtuu biologista Conrad Hal Waddingtonista, joka vuonna 1942 määritteli sen "biologian haaraksi, joka tutkii geenien ja niiden tuotteen välisiä syy -vuorovaikutuksia ja saa aikaan fenotyypin".
Näillä termeillä selitettäessä epigenetiikka voi vaikuttaa melko monimutkaiselta; käsitteen ymmärtämiseksi voi olla hyödyllistä avata pieni sulu siitä, miten DNA tehdään ja miten sen sisältämien geenien transkriptio tapahtuu.

DNA ja geenitranskriptio

DNA on solun ytimen sisällä, sillä on kaksoiskierrerakenne ja se koostuu toistuvista yksiköistä, joita kutsutaan nukleotideiksi.
Suurin osa soluissamme olevasta DNA: sta on järjestetty erityisiin alayksiköihin, joita kutsutaan nukleosomeiksi.
Nukleosomit koostuvat keskusosasta (nimeltään ydin), joka koostuu proteiineista, joita kutsutaan histoneiksi ja joiden ympärille DNA kietoutuu.
DNA- ja histonisarjat muodostavat niin kutsutun kromatiinin.
DNA: n sisältämien geenien transkriptio riippuu tarkasti "viimeksi mainitun pakkaamisesta" nukleosomien sisällä. Itse asiassa geenin transkriptioprosessia säätelevät transkriptiotekijät, erityisesti proteiinit, jotka sitoutuvat DNA: ssa oleviin spesifisiin säätelysekvensseihin ja jotka kykenevät aktivoimaan tai tukahduttamaan tapauksesta riippuen geenejä.
DNA, jolla on alhainen pakkausaste, sallii siten transkriptiotekijöiden pääsyn sääteleviin sekvensseihin.
Pakkaustaso määräytyy itse histonien ja niiden kemialliseen rakenteeseen tehtävien muutosten mukaan.
Tarkemmin sanottuna "histonien asetylointi (eli asetyyliryhmän lisääminen tiettyihin paikkoihin näitä proteiineja muodostavissa aminohapoissa) saa kromatiinin ottamaan" rennomman "konformaation, joka sallii transkriptiotekijöiden pääsyn, joten geenitranskriptio Toisaalta deasetylaatio poistaa asetyyliryhmät aiheuttaen kromatiinin sakeutumisen ja siten estävän geenin transkription.

Epigeneettiset signaalit

Tähän mennessä sanotun perusteella voimme vahvistaa, että jos epigenetiikka tutkii muutoksia, jotka voivat muuttaa fenotyyppiä, mutta eivät yksilön genotyyppiä, epigeneettinen signaali on se muutos, joka voi muuttaa tietyn geenin ilmentymistä nukleotidisekvenssiä muuttamatta.
Näin ollen voimme vahvistaa, että edellisessä kappaleessa mainittua histonien asetylointia voidaan pitää epigeneettisenä signaalina; toisin sanoen se on epigeneettinen muunnos, joka pystyy vaikuttamaan geenin aktiivisuuteen (joka voidaan kirjoittaa tai vähemmän) muuttamatta sen rakenne.
Toisen tyyppinen epigeneettinen modifikaatio muodostuu sekä DNA: n että itse histonien metylointireaktiosta.
Esimerkiksi DNA: n metylointi (eli metyyliryhmän lisääminen) promoottorikohdassa vähentää geenin transkriptiota, jonka aktivointia itse promoottorikohta säätelee. Itse asiassa promoottorikohta on spesifinen DNA -sekvenssi geenien ylävirtaan, joiden tehtävänä on sallia niiden transkription alkaminen. Siksi metyyliryhmän lisääminen tähän kohtaan aiheuttaa eräänlaisen rasituksen, joka estää geenin transkription.
Silti muita esimerkkejä tällä hetkellä tunnetuista epigeneettisistä modifikaatioista ovat fosforylaatio ja ubikvitinaatio.
Kaikkia näitä prosesseja, joihin liittyy DNA- ja histoniproteiineja (mutta ei vain), säätelevät muut proteiinit, jotka syntetisoidaan muiden geenien transkription jälkeen ja joiden toimintaa voidaan puolestaan ​​muuttaa.

Joka tapauksessa epigeneettisen muunnoksen mielenkiintoisin ominaisuus on se, että se voi tapahtua vastauksena ulkoisiin ärsykkeisiin, jotka koskevat juuri meitä ympäröivää ympäristöä, elämäntapamme (mukaan lukien ravitsemus) ja terveydentilamme.
Tietyllä tavalla epigeneettinen modifikaatio voidaan ymmärtää solujen käyttämänä adaptiivisena muutoksena.
Nämä muutokset voivat olla fysiologisia, kuten tapahtuu neuronien tapauksessa, jotka omaksuvat epigeneettisiä mekanismeja oppimiseen ja muistiin, mutta ne voivat olla myös patologisia, kuten tapahtuu esimerkiksi mielenterveyden häiriöiden tai kasvainten tapauksessa.

Muita tärkeitä epigeneettisten muutosten ominaisuuksia ovat palautuvuus ja perinnöllisyys.Nämä muutokset voivat itse asiassa siirtyä solusta toiseen, vaikka ne voivat edelleen muuttua ajan myötä, aina vasteena ulkoisille ärsykkeille.
Lopuksi epigeneettisiä muutoksia voi tapahtua eri elämänvaiheissa eikä vain alkion tasolla (kun solut erilaistuvat), kuten aiemmin uskottiin, vaan myös silloin, kun organismi on jo kehittynyt.

Terapeuttiset näkökohdat

Epigenetiikan ja epigeneettisten muunnosten löytämistä voidaan laajasti hyödyntää terapeuttisella alalla erilaisten patologioiden, mukaan lukien neoplastista tyyppiä (kasvaimet), mahdolliseen hoitoon.
Itse asiassa, kuten mainittiin, epigeneettiset muutokset voivat olla myös patologisia; siksi näissä tapauksissa ne voidaan määritellä todellisiksi poikkeavuuksiksi.
Siksi tutkijat olettivat, että jos näihin muutoksiin voivat vaikuttaa ulkoiset ärsykkeet ja ne voivat ilmetä ja muuttua edelleen organismin koko elämän ajan, niihin on mahdollista puuttua käyttämällä erityisiä molekyylejä tilanteen palauttamiseksi. normaalit olosuhteet. Tätä ei voida tehdä (ainakaan vielä), kun taudin syy on todellinen geneettinen mutaatio.
Ymmärtääksemme paremmin tämän käsitteen voimme ottaa esimerkkinä tutkijoiden hyödyntämän tiedon epigenetiikasta syöpälääkkeiden alalla.