Generalitate și definiție
Epigenetica se ocupă de studiul tuturor acelor modificări moștenite care au condus la variații ale exprimării genelor fără a modifica secvența ADN, prin urmare fără a provoca modificări în secvența nucleotidelor care o compun.
Folosind un limbaj mai tehnic, cu toate acestea, putem spune că epigenetica studiază toate aceste schimbări și toate acele schimbări care pot modifica fenotipul unui individ, fără a modifica genotipul.
Meritul de a fi inventat termenul de "epigenetică" este atribuit biologului Conrad Hal Waddington, care la definit în 1942 ca fiind "ramura biologiei care studiază interacțiunile cauzale dintre gene și produsul lor și pune în loc fenotipul “.
Explicată în aceste condiții, epigeneticele pot părea destul de complexe; pentru a înțelege mai bine conceptul, ar putea fi util să deschideți o mică paranteză privind modul în care se face ADN-ul și modul în care are loc transcripția genelor conținute în acesta.
ADN și transcripție genetică
ADN-ul este conținut în nucleul celular. Are o structură cu dublă helix și constă în repetiții numite nucleotide.
Majoritatea ADN-ului conținut în celulele noastre este organizată în subunități particulare numite nucleozomi .
Nucleozomii sunt constituite dintr-o parte centrală (numită nucleu) compusă din proteine numite histone în jurul cărora este înfășurat ADN-ul.
Întregul ADN și histone constituie așa-numitul cromatină .
Transcrierea genelor conținute în ADN depinde exact de ambalajul acestora din interiorul nucleozomilor. De fapt, procesul de transcriere genetică este reglat de factorii de transcripție, proteinele particulare care se leagă la secvențele specifice de reglare prezente pe ADN și care sunt capabile să activeze sau să reprime - în funcție de genele specifice cazului.
Un ADN cu un nivel scăzut de ambalare, prin urmare, va permite factorilor de transcriere să acceseze secvențele de reglare. Dimpotrivă, ADN-ul cu un nivel ridicat de ambalare nu le va permite accesul.
Nivelul de ambalare este determinat de histonele însele și de modificările care pot fi făcute în structura lor chimică.
Mai mult, în detaliu, acetilarea histonilor (adică adăugarea unei grupări acetil în locurile particulare pe aminoacizii care alcătuiesc aceste proteine) determină cromatina să aibă o conformație "mai relaxată", permițând intrarea factorilor de transcripție, prin urmare transcripția genei. Spre deosebire de aceasta, deacetilarea îndepărtează grupele acetil, determinând îngroșarea cromatinei și astfel blocând transcripția genei.
Semnale epigenetice
În lumina a ceea ce sa spus până acum, putem afirma că, dacă epigenetica studiază schimbările capabile să modifice fenotipul, dar nu genotipul unui individ, un semnal epigenetic este acea modificare capabilă să modifice expresia unei gene date, fără modificarea secvenței nucleotidice.
În consecință, putem afirma că acetilarea histonelor menționate în paragraful precedent poate fi considerată ca un semnal epigenetic; cu alte cuvinte, este o modificare epigenetică capabilă să influențeze activitatea genei (care poate fi transcrisă sau nu) fără modificarea structurii acesteia.
Un alt tip de modificare epigenetică este reacția de metilare, atât a ADN-ului, cât și a histonei.
De exemplu, metilarea (adăugarea unei grupări metil) de ADN la un situs promotor reduce transcripția genei, a cărei activare este reglată de același situs promotor. De fapt, situsul promotor este o secvență ADN specifică care este localizată în amonte de gene, a cărei sarcină este să permită începutul transcrierii acelorași. Prin urmare, adăugarea unei grupări metil la acest loc provoacă un fel de sarcină care împiedică transcripția genetică.
În plus, alte exemple de modificări epigenetice cunoscute în prezent sunt fosforilarea și ubicitinația .
Toate aceste procese care implică proteine ADN și histone (dar nu numai) sunt reglate de alte proteine care sunt sintetizate ca urmare a transcrierii altor gene, a căror activitate poate fi, la rândul lor, modificată.
În orice caz, cea mai interesantă particularitate a unei modificări epigenetice este faptul că aceasta poate avea loc ca răspuns la stimulii externi de mediu care privesc, de fapt, mediul înconjurător, stilul nostru de viață (inclusiv nutriția) și starea sănătății.
Într-un sens, o modificare epigenetică poate fi înțeleasă ca o modificare adaptivă efectuată de celule.
Astfel de schimbări pot fi fiziologice, așa cum se întâmplă în cazul neuronilor care adoptă mecanisme epigenetice pentru învățare și memorie, dar pot fi de asemenea patologice, așa cum se întâmplă, de exemplu, în cazul tulburărilor mentale sau tumorilor.
Alte caracteristici importante ale modificărilor epigenetice sunt reversibilitatea și moștenirea . De fapt, aceste modificări pot fi transmise de la o celulă la alta, deși ele pot suferi alte modificări în timp, întotdeauna ca răspuns la stimulii externi.
În cele din urmă, modificările epigenetice pot apărea în diferite stadii ale vieții și nu numai la nivelul embrionar (la momentul în care celulele diferă) așa cum au crezut odată, dar și atunci când organismul este deja dezvoltat.
Aspecte terapeutice
Descoperirea epigeneticii și a modificărilor epigenetice poate fi exploatată pe scară largă în domeniul terapeutic pentru tratamentul potențial al diferitelor tipuri de patologii, inclusiv a celor de tip neoplazic (tumori).
De fapt, așa cum am menționat, modificările epigenetice pot fi, de asemenea, de natură patologică; prin urmare, în aceste cazuri, ele pot fi definite ca anomalii reale.
Cercetătorii au emis ipoteza că dacă aceste schimbări pot fi influențate de stimuli externi și se pot manifesta și se pot modifica pe toată durata vieții organismului, atunci este posibil să intervină pe ele folosind molecule specifice cu scopul de a raporta situația în condiții de normalitate. Ce, acest lucru, că nu este posibil să facem (cel puțin nu încă) când cauza bolii se află într-o mutație genetică reală.
Pentru a înțelege mai bine acest concept, putem lua, ca exemplu, utilizarea pe care cercetătorii au făcut-o de la cunoașterea epigeneticii în domeniul terapiilor anticanceroase.
Epigenetică și tumori
După cum se știe, bolile neoplazice provin din mutații genetice care duc la formarea de celule maligne, care se reproduc foarte repede, dând naștere la boală.
Cu toate acestea, am văzut că - cu aceeași mutație genetică - aceeași tumoare se poate dezvolta în moduri diferite și în diferite forme de la un individ la altul (de exemplu, într-o singură persoană poate apărea o formă fulminantă, în timp ce într-o altă formă cronice). Cercetătorii cred că acest mod diferit de manifestare a patologiei este reglementat de fenomenele care stau la baza epigeneticii.
În special, s-a observat că în multe forme tumorale, mecanismele epigenetice care duc la debutul bolii se bazează tocmai pe metilarea și acetilarea ADN-ului și a histonei (vezi paragraful "Semnale epigenetice").
Cercetarea în acest domeniu a dus la sinteza moleculelor aflate încă în faza de experimentare, care sunt capabile să acționeze la nivelul acestor mecanisme epigenetice și să exercite un anumit control asupra lor.
Bineînțeles, prin faptul că nu acționează direct asupra ADN-ului - deci nu acționează asupra mutației genetice care provoacă tumorile în sine - aceste medicamente potențiale nu sunt concludente, dar ar putea încetini sau opri progresia patologiei neoplazice și, în același timp, ar putea permite o reducere a dozelor din chimioterapiile antitumorale administrate, îmbunătățind în mod semnificativ calitatea vieții pacientului, deoarece acestea ar putea să extindă perspectiva vieții.
Cu toate acestea, mecanismele de epigenetică nu sunt doar implicate în dezvoltarea bolilor de cancer, iar cunoștințele dobândite până în prezent cu privire la aceasta pot oferi idei noi și utile pentru sinteza medicamentelor din ce în ce mai eficiente și specifice pentru tratamentul bolilor pentru care totuși nu există terapii vizate.
