Γενικότητα και ορισμός
Η επιγενετική ασχολείται με τη μελέτη όλων αυτών των κληρονομικών τροποποιήσεων που οδηγούν σε μεταβολές στην γονιδιακή έκφραση χωρίς αλλοίωση της αλληλουχίας του DNA, χωρίς να προκαλούν αλλαγές στην αλληλουχία των νουκλεοτιδίων που την συνθέτουν.
Χρησιμοποιώντας μια πιο τεχνική γλώσσα, από την άλλη πλευρά, μπορούμε να πούμε ότι η επιγενετική μελετά όλες αυτές τις τροποποιήσεις και όλες αυτές τις αλλαγές που είναι σε θέση να μεταβάλλουν τον φαινότυπο ενός ατόμου, χωρίς ωστόσο να μεταβάλλουν τον γονότυπο.
Το πλεονέκτημα της εξειδίκευσης του όρου "επιγενετική" αποδίδεται στον βιολόγο Conrad Hal Waddington ο οποίος τον χαρακτήρισε το 1942 ως "τον κλάδο της βιολογίας που μελετά τις αιτιώδεις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των γονιδίων και του προϊόντος τους και καθιερώνει τον φαινότυπο ».
Εξηγούμενοι με αυτούς τους όρους, οι επιγενετικές μπορεί να φαίνονται μάλλον πολύπλοκες. για να κατανοήσουμε καλύτερα την έννοια, μπορεί να είναι χρήσιμο να ανοίξουμε μια μικρή παρένθεση για το πώς γίνεται το DNA και για το πώς λαμβάνει χώρα η μεταγραφή των γονιδίων που περιέχονται σε αυτό.
DNA και γονιδιακή μεταγραφή
Το DNA περιέχεται μέσα στον πυρήνα του κυττάρου. Έχει δομή διπλής έλικας και αποτελείται από επαναλαμβανόμενες μονάδες, που ονομάζονται νουκλεοτίδια.
Το μεγαλύτερο μέρος του DNA που περιέχεται στα κύτταρα μας είναι οργανωμένο σε συγκεκριμένες υπομονάδες που ονομάζονται νουκλεοσώματα .
Τα νουκλεοσώματα αποτελούνται από ένα κεντρικό τμήμα (που ονομάζεται πυρήνας) που αποτελείται από πρωτεΐνες που ονομάζονται ιστόνες γύρω από τις οποίες τυλίγεται το ϋΝΑ.
Το σύνολο DNA και ιστονών αποτελεί τη λεγόμενη χρωματίνη .
Η μεταγραφή των γονιδίων που περιέχονται στο DNA εξαρτάται ακριβώς από τη συσκευασία των τελευταίων εντός των νουκλεοσωμάτων. Στην πραγματικότητα, η διαδικασία της γονιδιακής μεταγραφής ρυθμίζεται από παράγοντες μεταγραφής, συγκεκριμένες πρωτεΐνες που δεσμεύονται με συγκεκριμένες ρυθμιστικές αλληλουχίες που υπάρχουν στο DNA και οι οποίες είναι ικανές να ενεργοποιήσουν ή να καταστείλουν - ανάλογα με τα ειδικά για την περίπτωση γονίδια.
Ένα DNA με χαμηλό επίπεδο συσκευασίας, συνεπώς, θα επιτρέψει στους παράγοντες μεταγραφής να έχουν πρόσβαση στις ακολουθίες ρύθμισης. Αντίθετα, ένα DNA με υψηλό επίπεδο συσκευασίας δεν θα τους επιτρέψει την πρόσβαση.
Το επίπεδο συσκευασίας προσδιορίζεται από τις ίδιες τις ιστόνες και από τις τροποποιήσεις που μπορούν να γίνουν στη χημική τους δομή.
Λεπτομερέστερα, η ακετυλίωση των ιστονών (δηλ. Η προσθήκη μιας ακετυλομάδας σε συγκεκριμένες θέσεις στα αμινοξέα που συνιστούν αυτές τις πρωτεΐνες) αναγκάζει την χρωματίνη να υποθέσει μια "πιο χαλαρή" διαμόρφωση επιτρέποντας την είσοδο παραγόντων μεταγραφής, τότε γονιδιακή μεταγραφή. Από την άλλη πλευρά, η αποακετυλίωση απομακρύνει τις ακετυλομάδες, προκαλώντας την πυκνότητα της χρωματίνης και έτσι εμποδίζοντας τη μεταγραφή γονιδίων.
Επιγενετικά σήματα
Υπό το πρίσμα των όσων έχουν ειπωθεί μέχρι στιγμής, μπορούμε να επιβεβαιώσουμε ότι αν επιγενετική μελετά αλλαγές ικανές να αλλάξουν τον φαινότυπο αλλά όχι τον γονότυπο ενός ατόμου, ένα επιγενετικό σήμα είναι ότι η τροποποίηση είναι ικανή να μεταβάλλει την έκφραση ενός συγκεκριμένου γονιδίου, χωρίς αλλοίωση της αλληλουχίας νουκλεοτιδίων.
Επομένως, μπορούμε να επιβεβαιώσουμε ότι η ακετυλίωση των ιστονών, την οποία μιλήσαμε στην προηγούμενη παράγραφο, μπορεί να θεωρηθεί ως επιγενετικό σήμα. με άλλα λόγια, είναι μια επιγενετική τροποποίηση ικανή να επηρεάσει τη δραστηριότητα του γονιδίου (που μπορεί να μεταγραφεί ή όχι) χωρίς να μεταβάλλει τη δομή του.
Ένας άλλος τύπος επιγενετικής τροποποίησης είναι η αντίδραση μεθυλίωσης τόσο του DNA όσο και των ίδιων των ιστονών.
Για παράδειγμα, η μεθυλίωση (δηλ. Η προσθήκη μίας ομάδας μεθυλίου) ϋΝΑ σε μια θέση προαγωγέα μειώνει τη γονιδιακή μεταγραφή, της οποίας η ενεργοποίηση ρυθμίζεται ακριβώς από την ίδια θέση προαγωγέα. Στην πραγματικότητα, η θέση προαγωγού είναι μια ειδική αλληλουχία DNA που ευρίσκεται ανάντι των γονιδίων, της οποίας η αποστολή είναι να επιτρέψει την έναρξη της μεταγραφής αυτής. Η προσθήκη μιας ομάδας μεθυλίου σε αυτή τη θέση συνεπώς προκαλεί ένα είδος όγκου που εμποδίζει τη μεταγραφή γονιδίων.
Ακόμα, άλλα παραδείγματα επιγενετικών τροποποιήσεων που είναι επί του παρόντος γνωστές είναι η φωσφορυλίωση και η ουβικιτινίωση .
Όλες αυτές οι διεργασίες που περιλαμβάνουν πρωτεΐνες ϋΝΑ και ιστόνης (αλλά όχι μόνο) ρυθμίζονται από άλλες πρωτεΐνες οι οποίες συντίθενται μετά την μεταγραφή άλλων γονιδίων, η δραστικότητα των οποίων μπορεί με τη σειρά τους να αλλοιωθεί.
Ωστόσο, η πιο ενδιαφέρουσα ιδιαιτερότητα μιας επιγενετικής τροποποίησης είναι ότι μπορεί να λάβει χώρα ως απάντηση σε εξωτερικούς περιβαλλοντικούς ερεθισμούς που αφορούν ακριβώς το περιβάλλον που μας περιβάλλει, τον τρόπο ζωής μας (συμπεριλαμβανομένης της διατροφής) και τον τρόπο ζωής μας κατάσταση της υγείας.
Κατά μία έννοια, μια επιγενετική τροποποίηση μπορεί να γίνει κατανοητή ως προσαρμοστική αλλαγή που λειτουργεί από τα κύτταρα.
Αυτές οι αλλαγές μπορούν να είναι φυσιολογικές, όπως συμβαίνει στην περίπτωση των νευρώνων που υιοθετούν επιγενετικούς μηχανισμούς για μάθηση και μνήμη, αλλά μπορούν επίσης να είναι παθολογικές, όπως συμβαίνει π.χ. στην περίπτωση ψυχικών διαταραχών ή όγκων.
Άλλα σημαντικά χαρακτηριστικά των επιγενετικών τροποποιήσεων είναι η αναστρεψιμότητα και η κληρονομικότητα . Στην πραγματικότητα, αυτές οι τροποποιήσεις μπορούν να μεταδοθούν από ένα κύτταρο σε άλλο, παρόλο που μπορούν να υποστούν περαιτέρω αλλαγές με την πάροδο του χρόνου, πάντα σε απόκριση σε εξωτερικά ερεθίσματα.
Τέλος, οι επιγενετικές τροποποιήσεις μπορούν να εμφανιστούν σε διαφορετικά στάδια της ζωής και όχι μόνο σε εμβρυϊκό επίπεδο (όταν διαφοροποιούνται τα κύτταρα) όπως πίστευαν κάποτε, αλλά και όταν ο οργανισμός έχει ήδη αναπτυχθεί.
Θεραπευτικές πτυχές
Η ανακάλυψη επιγενετικών και επιγενετικών τροποποιήσεων μπορεί να χρησιμοποιηθεί ευρέως στο θεραπευτικό πεδίο για την πιθανή θεραπεία διαφόρων τύπων παθολογιών, συμπεριλαμβανομένων εκείνων του νεοπλαστικού τύπου (όγκοι).
Στην πραγματικότητα, όπως αναφέρθηκε, οι επιγενετικές τροποποιήσεις μπορούν επίσης να είναι παθολογικού χαρακτήρα. Επομένως, σε αυτές τις περιπτώσεις, μπορούν να οριστούν ως πραγματικές ανωμαλίες.
Οι ερευνητές στη συνέχεια υποθέτουν ότι εάν οι αλλαγές αυτές μπορούν να επηρεαστούν από εξωτερικά ερεθίσματα και μπορούν να εκδηλωθούν και να αλλάξουν περαιτέρω καθ 'όλη τη διάρκεια ζωής του οργανισμού, τότε είναι δυνατόν να παρέμβει πάνω τους χρησιμοποιώντας συγκεκριμένα μόρια με πρόθεση να αναφέρει την κατάσταση σε συνθήκες της κανονικότητας. Αυτό είναι κάτι που δεν μπορεί να γίνει (τουλάχιστον όχι ακόμα) όταν η αιτία της νόσου βρίσκεται σε μια πραγματική γενετική μετάλλαξη.
Για την καλύτερη κατανόηση αυτής της έννοιας μπορούμε να λάβουμε ως παράδειγμα τη χρήση που έχουν κάνει οι ερευνητές για τη γνώση της επιγενετικής στον τομέα των αντικαρκινικών θεραπειών.
Επιγενετική και Όγκοι
Όπως είναι γνωστό, οι νεοπλασματικές παθολογίες προέρχονται από γενετικές μεταλλάξεις που οδηγούν στο σχηματισμό κακοηθών κυττάρων, τα οποία αναπαράγονται πολύ γρήγορα και προκαλούν τη νόσο.
Ωστόσο, είδαμε ότι - με βάση τις ίδιες γενετικές μεταλλάξεις - ο ίδιος όγκος μπορεί να εξελιχθεί διαφορετικά και σε διαφορετικές μορφές από το ένα άτομο στο άλλο (για παράδειγμα, σε ένα άτομο μπορεί να αναπτυχθεί μια φούσκωμα, ενώ σε μια άλλη μορφή χρόνιες). Οι ερευνητές πιστεύουν ότι αυτός ο διαφορετικός τρόπος εκδήλωσης της παθολογίας ρυθμίζεται ακριβώς από τα φαινόμενα που υποκινούν την επιγενετική.
Συγκεκριμένα, έχει παρατηρηθεί ότι σε πολλές μορφές όγκου, οι επιγενετικοί μηχανισμοί που οδηγούν στην εμφάνιση της νόσου βασίζονται ακριβώς στη μεθυλίωση και την ακετυλίωση του DNA και των ιστονών (βλέπε την παράγραφο "Επιγενετικά Σήματα").
Συνεπώς, η έρευνα στον τομέα αυτό οδήγησε στη σύνθεση των μορίων που είναι ακόμη υπό δοκιμή, τα οποία είναι ικανά να ενεργούν στο επίπεδο αυτών των επιγενετικών μηχανισμών και να ασκούν κάποιο έλεγχο πάνω τους.
Φυσικά, επειδή δεν δρουν άμεσα στο ϋΝΑ - και έτσι δεν δρουν στη γενετική μετάλλαξη που προκαλεί τον ίδιο τον όγκο - αυτά τα πιθανά φάρμακα δεν είναι διαλυτικά, αλλά θα μπορούσαν να επιβραδύνουν ή να σταματούν την εξέλιξη της νεοπλασματικής παθολογίας και ταυτόχρονα θα μπορούσαν να επιτρέψουν τη μείωση των δόσεων της χορήγησης χημειοθεραπείας καρκίνου, βελτιώνοντας σημαντικά την ποιότητα ζωής του ασθενούς, καθώς και την παράταση του προσδόκιμου ζωής.
Ωστόσο, οι μηχανισμοί επιγενετικής όχι μόνο εμπλέκονται στην ανάπτυξη καρκινικών παθολογιών και οι γνώσεις που έχουν αποκτηθεί μέχρι τώρα σε αυτό μπορούν να παράσχουν νέες και χρήσιμες συμβουλές για τη σύνθεση ολοένα και πιο αποτελεσματικών και ειδικών φαρμάκων για τη θεραπεία ασθενειών για τις οποίες δεν υπάρχουν ακόμα στοχοθετημένες θεραπείες.
