Vispārīgums un definīcija

Epigenetika nodarbojas ar visu to pārmantojamo modifikāciju izpēti, kas noved pie izmaiņām gēnu ekspresijā, nemainot DNS sekvences, tādējādi neradot izmaiņas to komponentu secībā, kas to veido.

Citiem vārdiem sakot, epigenetiku var definēt kā pētījumu par šo gēnu ekspresijas atšķirībām, kuras nav izraisījušas reālas ģenētiskas mutācijas, bet kuras var pārraidīt.

No otras puses, izmantojot tehniskāku valodu, varam teikt, ka epigenetika pēta visas šīs izmaiņas un visas izmaiņas, kas spēj mainīt indivīda fenotipu, tomēr nemainot genotipu.

Termina "epigenetika" radīšanas pamatotība ir saistīta ar biologu Conrad Hal Waddington, kurš 1942. \ Tgadā to definēja kā "bioloģijas nozari, kas pēta cēloņsakarības starp gēniem un to produktu, un nosaka fenotipu. ".

Šajos terminos paskaidrots, ka epigenetika var šķist diezgan sarežģīta; lai labāk izprastu jēdzienu, var būt lietderīgi atvērt nelielu iekavās par to, kā tiek veidota DNS, un par to, kā notiek tajā esošo gēnu transkripcija.

DNS un gēnu transkripcija

DNS atrodas šūnu kodolā. Tam ir dubultā spirāles struktūra un sastāv no atkārtojamām vienībām, ko sauc par nukleotīdiem.

Lielākā daļa DNS, kas atrodas mūsu šūnās, ir sakārtotas noteiktās apakšvienībās, ko sauc par nukleozomām .

Nukleozomas veido centrālā daļa (ko sauc par kodolu), kas sastāv no olbaltumvielām, ko sauc par histoniem, kuru apkārtnē DNS ir iesaiņota.

DNS un histonu kopums veido tā saukto hromatīnu .

DNS gēnu transkripcija ir tieši atkarīga no tā iepakojuma nukleozomās. Faktiski gēnu transkripcijas procesu regulē transkripcijas faktori, īpaši proteīni, kas saistās ar specifiskām regulējošām sekvencēm, kas atrodas DNS, un kas spēj aktivizēt vai apspiest - atkarībā no specifiskajiem gēniem.

Tāpēc DNS ar zemu iepakošanas līmeni ļaus transkripcijas faktoriem piekļūt regulēšanas secībām. Un otrādi, DNS ar augstu iepakošanas līmeni neļaus tiem piekļūt.

Iepakošanas pakāpi nosaka paši histoni un modifikācijas, ko var veikt to ķīmiskajā struktūrā.

Detalizētāk, histonu acetilēšana (ti, acetilgrupas pievienošana noteiktos aminoskābju vietās, kas veido šīs olbaltumvielas) izraisa hromatīna uzņemšanos "atvieglotāku" konformāciju, kas ļauj ievadīt transkripcijas faktorus., tad gēnu transkripcija. No otras puses, dezacetilēšana noņem acetilgrupas, izraisot hromatīna sabiezēšanu un tādējādi bloķējot gēnu transkripciju.

Epigenetiskie signāli

Ņemot vērā līdz šim teikto, mēs varam apgalvot, ka, ja epigenetika pētīs izmaiņas, kas spēj mainīt fenotipu, bet ne indivīda genotipu, epigenetiskais signāls ir modifikācija, kas spēj mainīt konkrēta gēna ekspresiju. nemainot nukleotīdu secību.

Līdz ar to varam apgalvot, ka histonu acetilēšanu, par kuru mēs runājām iepriekšējā punktā, var uzskatīt par epigenetisko signālu; citiem vārdiem sakot, tā ir epigenetiska modifikācija, kas spēj ietekmēt gēna darbību (ko var pārrakstīt vai nē), nemainot tās struktūru.

Vēl viens epigenetiskās modifikācijas veids ir gan DNS, gan pašu histonu metilēšanas reakcija .

Piemēram, DNS metilēšana (t.i., metilgrupas pievienošana) promotora vietā samazina gēnu transkripciju, kuras aktivāciju tieši regulē šī paša promotora vieta. Faktiski promotora vietne ir specifiska DNS sekvence, kas atrodas augšpus gēnu, kura uzdevums ir atļaut transkripcijas uzsākšanu. Tādēļ metilgrupas pievienošana šajā vietā izraisa sava veida masu, kas kavē gēnu transkripciju.

Tomēr citi pašlaik zināmie epigenetisko modifikāciju piemēri ir fosforilācija un ubikvinācija .

Visi šie procesi, kas saistīti ar DNS un histonu proteīniem (bet ne tikai), tiek regulēti ar citiem proteīniem, kas tiek sintezēti pēc citu gēnu transkripcijas, kuru aktivitāte, savukārt, var tikt mainīta.

Tomēr interesantākā epigenetiskās modifikācijas īpatnība ir tā, ka tā var notikt, reaģējot uz ārējiem vides stimuliem, kas tieši attiecas uz vidi, kas ieskauj mūs, mūsu dzīvesveidu (ieskaitot uzturu) un mūsu vidi. veselības stāvoklis.

Zināmā mērā epigenetisko modifikāciju var saprast kā adaptīvu pārmaiņu, ko darbina šūnas.

Šīs izmaiņas var būt fizioloģiskas, kā tas notiek neironu gadījumā, kas pieņem epigenetiskus mehānismus mācīšanās un atmiņas veikšanai, bet var būt patoloģiski, kā tas notiek, piemēram, garīgo traucējumu vai audzēju gadījumā.

Citas svarīgas epigenetisko modifikāciju iezīmes ir atgriezeniskums un mantojums . Faktiski šīs modifikācijas var pārraidīt no vienas šūnas uz otru, lai gan tās laika gaitā vēl var mainīties, vienmēr reaģējot uz ārējiem stimuliem.

Visbeidzot, epigenetiskās modifikācijas var notikt dažādos dzīves posmos, ne tikai embriju līmenī (kad šūnas atšķiras), kā tas ticēja, bet arī tad, kad organisms jau ir attīstījies.

Terapeitiskie aspekti

Epigenetikas un epigenetisko modifikāciju atklāšanu var plaši izmantot terapeitiskajā jomā dažādu tipu patoloģiju, tostarp neoplastiskā tipa (audzēju), ārstēšanai.

Faktiski, kā jau minēts, epigenetiskās izmaiņas var būt arī patoloģiskas; tādēļ šajos gadījumos tos var definēt kā reālas anomālijas.

Pēc tam pētnieki pauda hipotēzi, ka, ja šīs pārmaiņas var ietekmēt ārējie stimuli un var izpausties un turpināt pārmaiņas visa organisma dzīves laikā, tad ir iespējams iejaukties, izmantojot specifiskas molekulas ar nolūku ziņot par situāciju apstākļos par normālu. To nevar izdarīt (vismaz vēl), kad slimības cēlonis ir reālā ģenētiskā mutācija.

Lai labāk izprastu šo koncepciju, mēs varam kā piemēru izmantot to, kā pētnieki ir guvuši zināšanas par epigenetiku pretvēža terapijas jomā.

Epigenetika un audzēji

Kā zināms, neoplastiskas patoloģijas rodas no ģenētiskām mutācijām, kas izraisa ļaundabīgu šūnu veidošanos, kas vairojas ļoti ātri, izraisot slimību.

Tomēr mēs esam redzējuši, ka, ņemot vērā tās pašas ģenētiskās mutācijas, viens un tas pats audzējs var attīstīties atšķirīgi un dažādās formās no viena indivīda uz citu (piemēram, cilvēks var veidot pilnīgu formu, bet citā formā - hronisks). Pētnieki uzskata, ka šo atšķirīgo patoloģijas izpausmes veidu tieši nosaka epigenetikas pamatā esošās parādības.

Konkrētāk, ir novērots, ka daudzos audzēju veidos epigenetiskie mehānismi, kas izraisa slimības rašanos, ir balstīti tieši uz DNS un histonu metilēšanu un acetilēšanu (skatīt "Epigenetisko signālu" punktu).

Tāpēc pētījumi šajā jomā ir noveduši pie joprojām testējamo molekulu sintēzes, kas spēj darboties šo epigenetisko mehānismu līmenī un kontrolēt tos.

Protams, neiedarbojoties tieši uz DNS - tādējādi neietekmējot ģenētisko mutāciju, kas izraisa audzēju, šīs iespējamās zāles nav izšķirošas, bet var palēnināt vai apturēt neoplastiskās patoloģijas progresēšanu, un tajā pašā laikā varētu samazināt devas. vēža ķīmijterapijas ievadīšana, būtiski uzlabojot pacienta dzīves kvalitāti, kā arī pagarinot paredzamo dzīves ilgumu.

Tomēr epigenetikas mehānismi ir ne tikai iesaistīti vēža patoloģiju attīstībā, bet līdz šim iegūtās zināšanas var sniegt jaunas un noderīgas norādes arvien efektīvāku un specifisku medikamentu sintēzi slimību ārstēšanai, par kurām joprojām nav mērķtiecīgu terapiju.