Allmänhet och definition
Epigenetik behandlar studier av alla dessa ärftliga modifieringar som leder till variationer i genuttryck utan att ändra DNA-sekvensen, utan att orsaka förändringar i sekvensen av nukleotider som komponerar den.
Med hjälp av ett mer tekniskt språk kan vi däremot säga att epigenetiken studerar alla de förändringar och alla de förändringar som kan variera fenotypen hos en individ utan att förändra genotypen.
Betydelsen av att ha coined termen "epigenetics" hänför sig till biologen Conrad Hal Waddington som i 1942 definierade den som "gren av biologi som studerar kausal växelverkan mellan gener och deras produkt och etablerar fenotypen ".
Förklaras i dessa termer kan epigenetik verka ganska komplicerat; För att bättre förstå konceptet kan det vara användbart att öppna en liten parentes om hur DNA görs och om hur transkriptionen av generna som ingår i den äger rum.
DNA och gentransskription
DNA ingår i cellkärnan. Den har dubbelspiralstruktur och består av upprepande enheter, som kallas nukleotider.
Det mesta av DNA som finns i våra celler är organiserat i specifika subenheter som kallas nukleosomer .
Nukleosomerna består av en central del (kallad kärna) som består av proteiner som kallas histoner runt vilka DNA sätts in.
Satsen av DNA och histoner utgör den så kallade kromatinet .
Transkriptionen av generna som finns i DNA beror exakt på förpackningen av den senare inom nukleosomerna. Faktum är att gentranskriptionsprocessen regleras av transkriptionsfaktorer, speciella proteiner som binder till specifika regulatoriska sekvenser som finns på DNA och som kan aktivera eller undertrycka - beroende på de fallspecifika generna.
Ett DNA med låg packningsnivå kommer därför att tillåta transkriptionsfaktorerna att komma åt regleringssekvenserna. Omvänt kommer ett DNA med hög packningsnivå inte att ge dem tillgång.
Packnivån bestäms av histonerna själva och av de modifieringar som kan göras i deras kemiska struktur.
Mer detaljerat ger acetyleringen av histoner (dvs tillsatsen av en acetylgrupp vid vissa ställen på aminosyrorna som utgör dessa proteiner) att kromatinet antar en "mer avslappnad" konformation som möjliggör införandet av transkriptionsfaktorer, sedan gentranskription. Å andra sidan avlägsnar deacetylering acetylgrupperna, vilket gör att kromatinet förtjockas och därigenom blockerar gentranskription.
Epigenetiska signaler
I ljuset av vad som hittills har sagts kan vi bekräfta att om epigenetikstudier förändras som kan ändra fenotypen, men inte genotypen hos en individ, är en epigenetisk signal den modifiering som kan ändra uttrycket av en viss gen, utan att ändra nukleotidsekvensen.
Följaktligen kan vi bekräfta att acetyleringen av histoner som vi har talat i föregående punkt kan betraktas som en epigenetisk signal; Med andra ord är det en epigenetisk modifiering som kan påverka genens aktivitet (som kan transkriberas eller inte) utan att ändra dess struktur.
En annan typ av epigenetisk modifiering är metyleringsreaktionen av både DNA och histonerna själva.
Exempelvis reduceras metylering (dvs tillsatsen av en metylgrupp) av DNA på en promotorställe genom gentranskription, vars aktivering regleras exakt av samma promotorställe. I själva verket är promotorstället en specifik DNA-sekvens belägen uppströms generna, vars uppgift är att tillåta initiering av transkription av densamma. Tillsatsen av en metylgrupp på denna sida orsakar därför en sorts bulk som hindrar gentranskription.
Fortfarande är andra exempel på epigenetiska modifieringar som för närvarande är kända fosforylering och ubiquitinering .
Alla dessa processer som involverar DNA- och histonproteiner (men inte bara) regleras av andra proteiner som syntetiseras efter transkription av andra gener, vars aktivitet kan i sin tur förändras.
Men den mest intressanta egenskapen hos en epigenetisk modifikation är att den kan ske som svar på externa miljöstimuli om exakt den miljö som omger oss, vår livsstil (inklusive näring) och vår hälsotillstånd.
På ett sätt kan en epigenetisk modifiering förstås som en adaptiv förändring som drivs av cellerna.
Dessa förändringar kan vara fysiologiska, som händer när det gäller neuroner som antar epigenetiska mekanismer för inlärning och minne, men kan också vara patologiska, som till exempel vid mentala störningar eller tumörer.
Andra viktiga egenskaper hos epigenetiska modifieringar är reversibilitet och arv . Faktum är att dessa modifieringar kan överföras från en cell till en annan, även om de fortfarande kan genomgå ytterligare förändringar över tid, alltid som svar på yttre stimuli.
Slutligen kan epigenetiska modifikationer uppträda på olika stadier av livet och inte bara på embryonisk nivå (när cellerna skiljer sig) som de en gång trodde, men också när organismen redan är utvecklad.
Terapeutiska aspekter
Upptäckten av epigenetika och epigenetiska modifieringar kan utnyttjas i stor utsträckning inom det terapeutiska området för den potentiella behandlingen av olika typer av patologier, inklusive de av neoplastisk typ (tumörer).
Faktum är att epigenetiska modifieringar som tidigare nämnts också kan vara patologiska. Därför kan de i dessa fall definieras som verkliga avvikelser.
Forskarna antog sedan att om dessa förändringar kan påverkas av yttre stimuli och kan manifestera sig och förändras under hela organismens liv så är det möjligt att ingripa på dem med hjälp av specifika molekyler med avsikt att rapportera situationen under förhållanden av normalitet. Detta är något som inte kan göras (åtminstone inte än) när orsaken till sjukdomen ligger i en verklig genetisk mutation.
För att bättre förstå detta koncept kan vi till exempel ta hänsyn till den användning som forskare har gjort av kunskapen om epigenetik inom området cancerbehandlingar.
Epigenetika och tumörer
Såsom är välkänt härrör neoplastiska patologier från genetiska mutationer som leder till bildandet av maligna celler, vilka reproducerar mycket snabbt vilket ger upphov till sjukdomen.
Men vi har sett att samma tumör kan utvecklas annorlunda och i olika former från en individ till en annan (till exempel i en person kan utveckla en fulminant form, medan i en annan en form kronisk). Forskarna tror att detta olika sätt att manifestera patologin regleras exakt av fenomenen som ligger till grund för epigenetiken.
I synnerhet har det observerats att i många tumörformer är de epigenetiska mekanismerna som leder till sjukdomsuppkomsten baserat exakt på metylering och acetylering av DNA och histoner (se avsnittet "Epigenetiska signaler").
Forskningen inom detta område har därför lett till syntesen av molekyler som fortfarande testas, vilka kan agera i nivå med dessa epigenetiska mekanismer och utöva viss kontroll över dem.
Naturligtvis, genom att inte agera direkt på DNA-en som inte påverkar den genetiska mutationen som orsakar tumören i sig, är dessa potentiella läkemedel inte resolktiva men kan sakta eller stoppa utvecklingen av neoplastisk patologi och samtidigt kunna möjliggöra en minskning av doserna av cancerkemoterapi administrerad, vilket väsentligt förbättrar patientens livskvalitet, samt förlänger livslängden.
Emigenetics mekanismer är emellertid inte bara inblandade i utvecklingen av cancerpatologier och den hittills erhållna kunskapen kan ge nya och användbara indikatorer för syntesen av allt effektivare och specifika läkemedel för behandling av sjukdomar för vilka det finns fortfarande inga riktade terapier.
