Epigenetik

Umum dan Definisi

Epigenetika berkaitan dengan studi tentang semua modifikasi yang diwariskan yang mengarah pada variasi ekspresi gen tanpa mengubah urutan DNA, dan karena itu tanpa menyebabkan modifikasi dalam urutan nukleotida yang menyusunnya.

Dengan kata lain, epigenetik dapat didefinisikan sebagai studi tentang variasi dalam ekspresi gen kita, yang tidak disebabkan oleh mutasi genetik nyata, tetapi dapat ditularkan.
Namun, dengan menggunakan bahasa yang lebih teknis, kita dapat menegaskan bahwa epigenetik mempelajari semua modifikasi itu dan semua perubahan yang mampu memvariasikan fenotipe individu, tanpa mengubah genotipe.
Kelebihan "telah menciptakan istilah" epigenetika "dikaitkan dengan ahli biologi Conrad Hal Waddington yang, pada tahun 1942, mendefinisikannya sebagai" cabang biologi yang mempelajari interaksi kausal antara gen dan produk mereka, dan menghasilkan fenotipe ".
Dijelaskan dalam istilah-istilah ini, epigenetik mungkin tampak agak rumit; untuk lebih memahami konsep ini mungkin berguna untuk membuka sedikit kurung tentang bagaimana DNA dibuat dan bagaimana transkripsi gen yang dikandungnya terjadi.

Transkripsi DNA dan Gen

DNA terkandung dalam inti sel, memiliki struktur heliks ganda dan terdiri dari unit berulang, yang disebut nukleotida.
Sebagian besar DNA yang terkandung dalam sel kita diatur dalam subunit tertentu yang disebut nukleosom.
Nukleosom terdiri dari bagian tengah (disebut inti) yang terdiri dari protein yang disebut histon yang membungkus DNA.
Himpunan DNA dan histon membentuk apa yang disebut kromatin.
Transkripsi gen yang terkandung dalam DNA sangat bergantung pada "kemasan yang terakhir" di dalam nukleosom. Faktanya, proses transkripsi gen diatur oleh faktor transkripsi, protein tertentu yang mengikat urutan pengaturan spesifik yang ada pada DNA dan yang mampu mengaktifkan atau menekan - tergantung pada kasus - gen tertentu.
DNA dengan tingkat pengepakan yang rendah akan memungkinkan faktor transkripsi untuk mengakses urutan regulasi, sebaliknya, DNA dengan tingkat pengepakan yang tinggi tidak akan memungkinkan mereka untuk mengakses.
Tingkat pengemasan ditentukan oleh histon itu sendiri dan perubahan yang dapat dibuat dalam struktur kimianya.
Lebih khusus, "asetilasi histon (yaitu penambahan gugus asetil di situs tertentu pada asam amino yang membentuk protein ini) menyebabkan kromatin mengasumsikan "konformasi yang lebih santai" yang memungkinkan masuknya faktor transkripsi, maka transkripsi gen Di sisi lain, deasetilasi menghilangkan gugus asetil, menyebabkan kromatin menebal dan dengan demikian menghalangi transkripsi gen.

Sinyal epigenetik

Mengingat apa yang telah dikatakan sejauh ini, kita dapat menegaskan bahwa, jika epigenetik mempelajari modifikasi yang mampu mengubah fenotipe, tetapi bukan genotipe individu, sinyal epigenetik adalah modifikasi yang mampu mengubah ekspresi gen tertentu. , tanpa mengubah urutan nukleotida.
Akibatnya, kita dapat menegaskan bahwa asetilasi histon yang disebutkan dalam paragraf sebelumnya dapat dianggap sebagai sinyal epigenetik; dengan kata lain, itu adalah modifikasi epigenetik yang mampu mempengaruhi aktivitas gen (yang dapat ditranskripsi atau kurang) tanpa mengubah strukturnya.
Jenis lain dari modifikasi epigenetik dibentuk oleh reaksi metilasi, baik DNA maupun histon itu sendiri.
Misalnya, metilasi (yaitu penambahan gugus metil) DNA di situs promotor mengurangi transkripsi gen, yang aktivasinya diatur oleh situs promotor itu sendiri.Bahkan, situs promotor adalah urutan spesifik DNA yang terletak hulu gen, yang tugasnya adalah untuk memungkinkan transkripsi yang sama untuk memulai. Penambahan gugus metil di situs ini karena itu menyebabkan semacam beban yang menghambat transkripsi gen.
Namun, contoh lain dari modifikasi epigenetik yang diketahui saat ini adalah fosforilasi dan ubiquitinasi.
Semua proses yang melibatkan DNA dan protein histon (tetapi tidak hanya) diatur oleh protein lain yang disintesis mengikuti transkripsi gen lain, yang aktivitasnya dapat, pada gilirannya, diubah.

Bagaimanapun, kekhasan paling menarik dari modifikasi epigenetik adalah bahwa hal itu dapat terjadi sebagai respons terhadap rangsangan lingkungan eksternal yang menyangkut, tepatnya, lingkungan di sekitar kita, gaya hidup kita (termasuk nutrisi) dan kondisi kesehatan kita.
Dalam arti tertentu, modifikasi epigenetik dapat dipahami sebagai perubahan adaptif yang dioperasikan oleh sel.
Perubahan ini dapat bersifat fisiologis, seperti yang terjadi dalam kasus neuron yang mengadopsi mekanisme epigenetik untuk pembelajaran dan memori, tetapi dapat juga bersifat patologis, seperti yang terjadi, misalnya, dalam kasus gangguan mental atau tumor.

Karakteristik penting lain dari modifikasi epigenetik adalah reversibilitas dan hereditas.Faktanya, modifikasi ini dapat ditularkan dari satu sel ke sel lain, meskipun mereka masih dapat mengalami perubahan lebih lanjut dari waktu ke waktu, selalu sebagai respons terhadap rangsangan eksternal.
Akhirnya, modifikasi epigenetik dapat terjadi dalam fase kehidupan yang berbeda dan tidak hanya pada tingkat embrio (ketika sel-sel berdiferensiasi) seperti yang pernah diyakini, tetapi juga ketika organisme sudah berkembang.

Aspek Terapi

Penemuan epigenetik dan modifikasi epigenetik dapat dimanfaatkan secara luas di bidang terapeutik untuk pengobatan potensial berbagai jenis patologi, termasuk jenis neoplastik (tumor).
Bahkan, seperti yang disebutkan, modifikasi epigenetik juga bisa bersifat patologis; oleh karena itu, dalam kasus ini, mereka dapat didefinisikan sebagai anomali nyata.
Oleh karena itu para peneliti berhipotesis bahwa, jika perubahan ini dapat dipengaruhi oleh rangsangan eksternal dan dapat memanifestasikan dirinya dan selanjutnya memodifikasi dirinya sendiri sepanjang kehidupan organisme, maka dimungkinkan untuk mengintervensinya menggunakan molekul tertentu dengan tujuan membawa situasi kembali ke keadaan semula. kondisi normal normalitas. Ini adalah sesuatu yang tidak dapat dilakukan (setidaknya belum) ketika penyebab penyakit terletak pada mutasi genetik yang nyata.
Untuk lebih memahami konsep ini, kita dapat mengambil contoh penggunaan pengetahuan epigenetik di bidang terapi antikanker yang telah dibuat oleh para peneliti.