Загальне та визначення
Епігенетика займається вивченням усіх тих спадкових модифікацій, які призводять до змін у експресії генів, однак не змінюючи послідовності ДНК, а отже, не викликаючи модифікацій у послідовності нуклеотидів, які її складають.
Однак, використовуючи більш технічну мову, ми можемо стверджувати, що епігенетика вивчає всі ті модифікації та всі ті зміни, які здатні змінювати фенотип особини, не змінюючи при цьому генотипу.
Заслуга "введення терміну" епігенетика "приписується біологу Конраду Хелу Ваддінгтону, який у 1942 р. Визначив його як" розділ біології, що вивчає причинно -наслідкові взаємодії між генами та їх продуктом і викликає фенотип ".
Пояснюючись цими термінами, епігенетика може здатися досить складною; для кращого розуміння концепції може бути корисно розкрити невеликі дужки про те, як створюється ДНК і як відбувається транскрипція генів, які вона містить.
ДНК і транскрипція генів
ДНК міститься в ядрі клітини, має структуру з подвійною спіраллю і складається з повторюваних одиниць, званих нуклеотидами.
Більшість ДНК, що міститься в наших клітинах, організована в окремих субодиницях, званих нуклеосомами.
Нуклеосоми складаються з центральної частини (званої ядром), що складається з білків, які називаються гістонами, навколо яких огортається ДНК.
Набір ДНК та гістонів становить так званий хроматин.
Транскрипція генів, що містяться в ДНК, залежить саме від "упаковки останньої" всередині нуклеосом. Фактично, процес транскрипції генів регулюється факторами транскрипції, зокрема білками, які зв'язуються зі специфічними регуляторними послідовностями, присутніми в ДНК і які здатні активувати або пригнічувати - залежно від випадку - специфічні гени.
Тому ДНК з низьким рівнем упаковки дозволить факторам транскрипції отримати доступ до регуляторних послідовностей, і навпаки, ДНК з високим рівнем упаковки не дозволить їм отримати доступ.
Рівень упаковки визначається самими гістонами та змінами, які можуть бути внесені в їх хімічну структуру.
Більш конкретно, "ацетилювання гістонів (тобто додавання ацетильної групи на певних ділянках амінокислот, що входять до складу цих білків) змушує хроматин приймати" більш розслаблену "конформацію, що дозволяє вводити фактори транскрипції, отже, транскрипцію генів З іншого боку, деацетилювання видаляє ацетильні групи, викликаючи потовщення хроматину і блокуючи таким чином транскрипцію генів.
Епігенетичні сигнали
У світлі сказаного раніше, ми можемо стверджувати, що якщо епігенетика вивчає модифікації, здатні змінити фенотип, але не генотип особини, епігенетичним сигналом є ця модифікація, здатна змінити експресію даного гена , не змінюючи нуклеотидної послідовності.
Отже, ми можемо стверджувати, що ацетилювання гістонів, згадане у попередньому абзаці, можна розглядати як епігенетичний сигнал; іншими словами, це епігенетична модифікація, здатна впливати на активність гена (яку можна транскрибувати або менше) без зміни його структуру.
Інший тип епігенетичної модифікації - це реакція метилювання як ДНК, так і самих гістонів.
Наприклад, метилювання (тобто додавання метильної групи) ДНК у промоторному місці зменшує транскрипцію гена, активація якого регулюється самим цим промоторним сайтом. Фактично, промоторний сайт - це специфічна послідовність ДНК, що знаходиться вище від генів, завдання яких - дозволити розпочати транскрипцію того самого. Тому додавання метильної групи на цьому місці викликає своєрідне обтяження, яке перешкоджає транскрипції генів.
Тим не менш, іншими прикладами відомих на сьогодні епігенетичних модифікацій є фосфорилювання та убиквітація.
Усі ці процеси, що включають білки ДНК та гістонів (але не тільки), регулюються іншими білками, які синтезуються після транскрипції інших генів, активність яких, у свою чергу, може бути змінена.
У будь -якому випадку, найцікавішою особливістю епігенетичної модифікації є те, що вона може відбуватися у відповідь на зовнішні подразники навколишнього середовища, які стосуються саме середовища, що нас оточує, наш спосіб життя (включаючи харчування) та стан нашого здоров’я.
У певному сенсі епігенетичну модифікацію можна розуміти як адаптаційну зміну, керовану клітинами.
Ці зміни можуть бути фізіологічними, як це відбувається у випадку нейронів, які використовують епігенетичні механізми навчання та пам’яті, але вони також можуть бути патологічними, як це відбувається, наприклад, у разі психічних розладів або пухлин.
Іншими важливими характеристиками епігенетичних модифікацій є оборотність та спадковість. Фактично ці модифікації можуть передаватися від однієї клітини до іншої, хоча вони все ще можуть зазнавати подальших змін з плином часу, завжди у відповідь на зовнішні подразники.
Нарешті, епігенетичні зміни можуть відбуватися на різних фазах життя і не тільки на ембріональному рівні (коли клітини диференціюються), як колись вважалося, але і тоді, коли організм вже розвинений.
Терапевтичні аспекти
Відкриття епігенетики та епігенетичних модифікацій можна широко використати у терапевтичній сфері для потенційного лікування різних типів патологій, у тому числі патології неопластичного типу (пухлини).
Насправді, як згадувалося, епігенетичні модифікації також можуть мати патологічний характер; тому в цих випадках їх можна визначити як реальні аномалії.
Тому дослідники висунули гіпотезу, що якщо на ці зміни можуть впливати зовнішні подразники і вони можуть проявлятися і далі змінюватися протягом усього життя організму, то можна втрутитися в них за допомогою специфічних молекул з метою повернути ситуацію до нормальні умови. Це те, чого неможливо зробити (принаймні поки що), коли причина захворювання криється в справжній генетичній мутації.
Щоб краще зрозуміти цю концепцію, ми можемо взяти за приклад використання дослідниками знань про епігенетику в галузі протипухлинної терапії.
