Ogólne i definicja
Epigenetyka zajmuje się badaniem wszystkich tych dziedzicznych modyfikacji, które prowadzą do zmian w ekspresji genów, jednak bez zmiany sekwencji DNA, a zatem bez powodowania modyfikacji w sekwencji składających się na nią nukleotydów.
Używając bardziej technicznego języka, możemy jednak stwierdzić, że epigenetyka bada wszystkie te modyfikacje i wszystkie te zmiany, które są w stanie zmienić fenotyp jednostki, nie zmieniając jednak genotypu.
Zasługę „ukucia terminu „epigenetyka” przypisuje się biologowi Conradowi Halowi Waddingtonowi, który w 1942 r. zdefiniował ją jako „gałąź biologii, która bada przyczynowe interakcje między genami a ich produktem i prowadzi do fenotypu”.
Wyjaśniona w ten sposób epigenetyka może wydawać się dość złożona; aby lepiej zrozumieć tę koncepcję, przydatne może być otwarcie małego nawiasu na temat tego, jak powstaje DNA i jak przebiega transkrypcja zawartych w nim genów.
Transkrypcja DNA i genów
DNA jest zawarte w jądrze komórkowym, ma strukturę podwójnej helisy i składa się z powtarzających się jednostek, zwanych nukleotydami.
Większość DNA zawartego w naszych komórkach jest zorganizowana w określone podjednostki zwane nukleosomami.
Nukleosomy składają się z centralnej części (zwanej rdzeniem) złożonej z białek zwanych histonami, wokół których owija się DNA.
Zbiór DNA i histonów stanowi tzw. chromatyna.
Transkrypcja genów zawartych w DNA zależy właśnie od „upakowania tych ostatnich" wewnątrz nukleosomów. W rzeczywistości proces transkrypcji genów jest regulowany przez czynniki transkrypcyjne, konkretne białka, które wiążą się z określonymi sekwencjami regulatorowymi obecnymi na DNA i które potrafią aktywować lub tłumić – w zależności od przypadku – określone geny.
DNA o niskim poziomie upakowania umożliwi zatem dostęp czynnikom transkrypcyjnym do sekwencji regulatorowych, natomiast DNA o wysokim poziomie upakowania nie umożliwi im dostępu.
O stopniu upakowania decydują same histony i zmiany, jakie mogą zachodzić w ich strukturze chemicznej.
Dokładniej, „acetylacja histonów (tj. dodanie grupy acetylowej w określonych miejscach aminokwasów tworzących te białka) powoduje, że chromatyna przyjmuje „bardziej rozluźnioną” konformację umożliwiającą wchodzenie czynników transkrypcyjnych, stąd transkrypcja genów Z drugiej strony deacetylacja usuwa grupy acetylowe, powodując gęstnienie chromatyny i blokując w ten sposób transkrypcję genów.
Sygnały epigenetyczne
W świetle tego, co zostało powiedziane do tej pory, możemy stwierdzić, że jeśli epigenetyka bada modyfikacje zdolne do zmiany fenotypu, ale nie genotypu osobnika, sygnałem epigenetycznym jest modyfikacja zdolna do zmiany ekspresji danego genu , bez zmiany sekwencji nukleotydowej.
W konsekwencji możemy stwierdzić, że acetylację histonów, o której mowa w poprzednim akapicie, można uznać za sygnał epigenetyczny; innymi słowy, jest to modyfikacja epigenetyczna zdolna do wpływania na aktywność genu (który może być transkrybowany lub mniej) bez zmiany jego struktura.
Innym rodzajem modyfikacji epigenetycznej jest reakcja metylacji, zarówno DNA, jak i samych histonów.
Na przykład metylacja (tj. dodanie grupy metylowej) DNA w miejscu promotora zmniejsza transkrypcję genu, którego aktywacja jest regulowana przez to miejsce promotora.W rzeczywistości miejsce promotora jest specyficzną sekwencją DNA zlokalizowaną przed genami, których zadaniem jest umożliwienie rozpoczęcia ich transkrypcji. Dodanie grupy metylowej w tym miejscu powoduje zatem pewnego rodzaju obciążenie, które utrudnia transkrypcję genów.
Jeszcze inne przykłady obecnie znanych modyfikacji epigenetycznych to fosforylacja i ubikwitynacja.
Wszystkie te procesy obejmujące DNA i białka histonowe (ale nie tylko) są regulowane przez inne białka, które są syntetyzowane w wyniku transkrypcji innych genów, których aktywność z kolei może ulec zmianie.
W każdym razie najbardziej interesującą osobliwością modyfikacji epigenetycznej jest to, że może ona zachodzić w odpowiedzi na zewnętrzne bodźce środowiskowe, które dotyczą właśnie otaczającego nas środowiska, naszego stylu życia (w tym odżywiania) i naszego stanu zdrowia.
W pewnym sensie modyfikacja epigenetyczna może być rozumiana jako zmiana adaptacyjna operowana przez komórki.
Zmiany te mogą mieć charakter fizjologiczny, jak to ma miejsce w przypadku neuronów, które przyjmują epigenetyczne mechanizmy uczenia się i zapamiętywania, ale mogą też mieć charakter patologiczny, jak to ma miejsce np. w przypadku zaburzeń psychicznych czy nowotworów.
Innymi ważnymi cechami modyfikacji epigenetycznych są odwracalność i dziedziczność.W rzeczywistości modyfikacje te mogą być przenoszone z jednej komórki do drugiej, chociaż mogą ulegać dalszym zmianom w czasie, zawsze w odpowiedzi na bodźce zewnętrzne.
Wreszcie, modyfikacje epigenetyczne mogą zachodzić w różnych fazach życia i nie tylko na poziomie embrionalnym (kiedy komórki różnicują się), jak kiedyś sądzono, ale także wtedy, gdy organizm jest już rozwinięty.
Aspekty terapeutyczne
Odkrycie epigenetyki i modyfikacji epigenetycznych może być szeroko wykorzystywane w polu terapeutycznym do potencjalnego leczenia różnych typów patologii, w tym patologii typu nowotworowego (guzy).
W rzeczywistości, jak wspomniano, modyfikacje epigenetyczne mogą mieć również charakter patologiczny; dlatego w takich przypadkach można je zdefiniować jako rzeczywiste anomalie.
Badacze postawili zatem hipotezę, że jeśli na te zmiany mogą wpływać bodźce zewnętrzne i mogą się objawiać i dalej modyfikować przez całe życie organizmu, to można na nie interweniować za pomocą określonych molekuł w celu przywrócenia sytuacji do stanu poprzedniego. normalne warunki normalności. To jest coś, czego nie można zrobić (przynajmniej jeszcze nie), gdy przyczyną choroby jest prawdziwa mutacja genetyczna.
Aby lepiej zrozumieć tę koncepcję, możemy posłużyć się przykładem wykorzystania przez naukowców wiedzy na temat epigenetyki w dziedzinie terapii przeciwnowotworowych.
