Epigenetikk

Generelt og definisjon

Epigenetikk omhandler studiet av alle de arvelige modifikasjonene som fører til variasjoner i genuttrykk uten å endre DNA -sekvensen, og derfor uten å forårsake endringer i sekvensen til nukleotidene som komponerer den.

Med andre ord kan epigenetikk defineres som studiet av de variasjonene i uttrykket til genene våre, som ikke er forårsaket av virkelige genetiske mutasjoner, men som kan overføres.
Ved å bruke et mer teknisk språk kan vi imidlertid bekrefte at epigenetikk studerer alle disse modifikasjonene og alle de endringene som er i stand til å variere fenotypen til et individ, uten å endre genotypen.
Fortjenesten med å "ha myntet begrepet" epigenetikk "tilskrives biologen Conrad Hal Waddington som i 1942 definerte det som" grenen av biologi som studerer årsakssamspillet mellom gener og deres produkt, og frembringer fenotypen ".
Forklaret med disse begrepene, kan epigenetikk virke ganske komplisert; for bedre å forstå konseptet kan det være nyttig å åpne en liten parentes om hvordan DNA blir til og hvordan transkripsjonen av genene det inneholder finner sted.

DNA og gentranskripsjon

DNA er inne i cellekjernen. Den har en dobbel spiralstruktur og består av repeterende enheter, kalt nukleotider.
Det meste av DNA i cellene våre er organisert i bestemte underenheter kalt nukleosomer.
Nukleosomer består av en sentral del (kalt kjerne) som består av proteiner som kalles histoner som DNA ombrytes rundt.
Settet med DNA og histoner utgjør det såkalte kromatinet.
Transkripsjonen av genene som finnes i DNA avhenger nøyaktig av "pakking av sistnevnte" inne i nukleosomene. Faktisk er gentranskripsjonsprosessen regulert av transkripsjonsfaktorer, bestemte proteiner som binder seg til spesifikke regulatoriske sekvenser som er tilstede på DNA og som er i stand til å aktivere eller undertrykke - avhengig av saksspesifikke gener.
DNA med lavt pakningsnivå vil derfor tillate transkripsjonsfaktorer å få tilgang til regulatoriske sekvenser. Omvendt vil DNA med høyt pakningsnivå ikke tillate dem å få tilgang.
Pakningsnivået bestemmes av histonene selv og endringene som kan gjøres i deres kjemiske struktur.
Nærmere bestemt får "acetylering av histoner (dvs. tilsetning av en acetylgruppe på bestemte steder på aminosyrene som utgjør disse proteinene) at kromatinet antar en" mer avslappet "konformasjon som tillater inngang av transkripsjonsfaktorer, derav gentranskripsjon På den annen side fjerner deacetylering acetylgrupper, noe som får kromatinet til å tykne og dermed blokkere gentranskripsjon.

Epigenetiske signaler

I lys av det som er sagt så langt, kan vi bekrefte at hvis epigenetikk studerer modifikasjonene som er i stand til å endre fenotypen, men ikke genotypen til et individ, er et epigenetisk signal den modifikasjonen som er i stand til å endre uttrykket til et gitt gen , uten å endre nukleotidsekvensen.
Følgelig kan vi bekrefte at acetyleringen av histoner nevnt i forrige avsnitt kan betraktes som et epigenetisk signal; med andre ord er det en epigenetisk modifikasjon som er i stand til å påvirke aktiviteten til genet (som kan transkriberes eller mindre) uten å endre dens struktur.
En annen type epigenetisk modifikasjon utgjøres av metyleringsreaksjonen, både av DNA og av histonene selv.
For eksempel reduserer metylering (dvs. tilsetning av en metylgruppe) av DNA på et promotersete transkripsjonen av genet, hvis aktivering reguleres av selve promotersetet. Faktisk er promotorsetet en spesifikk DNA -sekvens lokalisert oppstrøms for genene, hvis oppgave er å la transkripsjonen av det samme begynne. Tilsetning av en metylgruppe på dette stedet forårsaker derfor en slags heftelse som hindrer gentranskripsjon.
Likevel er andre eksempler på for tiden kjente epigenetiske modifikasjoner fosforylering og ubiquitinering.
Alle disse prosessene som involverer DNA og histonproteiner (men ikke bare) reguleres av andre proteiner som syntetiseres etter transkripsjon av andre gener, hvis aktivitet igjen kan endres.

Uansett er den mest interessante særegenheten ved en epigenetisk modifikasjon at den kan skje som svar på ytre miljøstimuli som nettopp angår miljøet som omgir oss, vår livsstil (inkludert ernæring) og vår helsetilstand.
På en måte kan en epigenetisk modifikasjon forstås som en adaptiv endring som drives av cellene.
Disse endringene kan være fysiologiske, slik det skjer når det gjelder nevroner som adopterer epigenetiske mekanismer for læring og hukommelse, men de kan også være patologiske, slik det for eksempel skjer ved psykiske lidelser eller svulster.

Andre viktige kjennetegn ved epigenetiske modifikasjoner er reversibilitet og arvelighet. Faktisk kan disse modifikasjonene overføres fra en celle til en annen, selv om de fortsatt kan gjennomgå ytterligere endringer over tid, alltid som svar på ytre stimuli.
Endelig kan epigenetiske modifikasjoner forekomme i forskjellige livsfaser og ikke bare på embryonalt nivå (når cellene differensierer) som en gang trodde, men også når organismen allerede er utviklet.

Terapeutiske aspekter

Oppdagelsen av epigenetikk og epigenetiske modifikasjoner kan mye utnyttes på det terapeutiske feltet for potensiell behandling av forskjellige typer patologier, inkludert de av neoplastisk type (svulster).
Faktisk, som nevnt, kan de epigenetiske modifikasjonene også være av patologisk karakter; Derfor kan de i disse tilfellene defineres som reelle avvik.
Forskerne antok derfor at hvis disse endringene kan påvirkes av ytre stimuli og kan manifestere seg og ytterligere modifisere seg gjennom hele organismenes liv, er det mulig å gripe inn på dem ved å bruke spesifikke molekyler for å bringe situasjonen tilbake til normale forhold. av normalitet. Dette er noe som ikke kan gjøres (i hvert fall ikke ennå) når årsaken til sykdommen ligger i en ekte genetisk mutasjon.
For bedre å forstå dette konseptet, kan vi ta et eksempel på hvordan forskere har brukt kunnskapen om epigenetikk innen behandling mot kreft.