Algemeen en definitie
Epigenetica houdt zich bezig met de studie van al die erfelijke modificaties die leiden tot variaties in genexpressie zonder echter de DNA-sequentie te veranderen, en dus zonder modificaties te veroorzaken in de sequentie van de nucleotiden waaruit het bestaat.
Met behulp van een meer technische taal kunnen we echter bevestigen dat epigenetica al die modificaties en al die veranderingen bestudeert die het fenotype van een individu kunnen variëren, zonder echter het genotype te veranderen.
De verdienste van "de term "epigenetica" te hebben bedacht, wordt toegeschreven aan de bioloog Conrad Hal Waddington die het in 1942 definieerde als "de tak van de biologie die de causale interacties tussen genen en hun product bestudeert en het fenotype tot stand brengt".
In deze termen uitgelegd, kan epigenetica nogal ingewikkeld lijken; om het concept beter te begrijpen, kan het nuttig zijn om een klein haakje te openen over hoe DNA wordt gemaakt en hoe de transcriptie van de genen die het bevat plaatsvindt.
DNA- en gentranscriptie
DNA bevindt zich in de celkern, heeft een dubbele helixstructuur en is opgebouwd uit zich herhalende eenheden, nucleotiden genaamd.
Het meeste DNA in onze cellen is georganiseerd in bepaalde subeenheden die nucleosomen worden genoemd.
Nucleosomen bestaan uit een centraal deel (kern genaamd) dat bestaat uit eiwitten die histonen worden genoemd en waaromheen het DNA zich wikkelt.
De set van DNA en histonen vormt het zogenaamde chromatine.
De transcriptie van de genen in het DNA hangt precies af van de "verpakking van de laatste" in de nucleosomen. In feite wordt het gentranscriptieproces gereguleerd door transcriptiefactoren, bepaalde eiwitten die binden aan specifieke regulerende sequenties die aanwezig zijn op het DNA en die zijn in staat om - afhankelijk van het geval - specifieke genen te activeren of te onderdrukken.
DNA met een lage pakking zal daarom transcriptiefactoren toegang geven tot regulerende sequenties. Omgekeerd zal DNA met een hoge pakking hen geen toegang geven.
De mate van pakking wordt bepaald door de histonen zelf en de veranderingen die in hun chemische structuur kunnen worden aangebracht.
Meer specifiek zorgt de "acetylering van histonen (dwz de toevoeging van een acetylgroep op bepaalde plaatsen op de aminozuren waaruit deze eiwitten bestaan) ervoor dat het chromatine een" meer ontspannen "conformatie aanneemt die de invoer van transcriptiefactoren mogelijk maakt, vandaar gentranscriptie Aan de andere kant verwijdert deacetylering acetylgroepen, waardoor het chromatine dikker wordt en dus gentranscriptie blokkeert.
Epigenetische signalen
In het licht van wat tot nu toe is gezegd, kunnen we bevestigen dat, als epigenetica de modificaties bestudeert die het fenotype kunnen veranderen, maar niet het genotype van een individu, een epigenetisch signaal die modificatie is die in staat is om de expressie van een bepaald gen te veranderen , zonder de nucleotidesequentie te veranderen.
Bijgevolg kunnen we bevestigen dat de in de vorige paragraaf genoemde acetylering van histonen kan worden beschouwd als een epigenetisch signaal; met andere woorden, het is een epigenetische modificatie die in staat is de activiteit van het gen (dat kan worden getranscribeerd of minder) te beïnvloeden zonder de zijn structuur.
Een ander type epigenetische modificatie wordt gevormd door de methyleringsreactie, zowel van het DNA als van de histonen zelf.
De methylering (dwz de toevoeging van een methylgroep) van DNA op een promotorplaats vermindert bijvoorbeeld de transcriptie van het gen, waarvan de activering wordt gereguleerd door die promotorplaats zelf.In feite is de promotorplaats een specifieke sequentie van DNA die zich bevindt stroomopwaarts van de genen, wiens taak het is om de transcriptie ervan te laten beginnen. De toevoeging van een methylgroep op deze plaats veroorzaakt dus een soort hinder die gentranscriptie belemmert.
Toch zijn andere voorbeelden van momenteel bekende epigenetische modificaties fosforylering en ubiquitinatie.
Al deze processen waarbij DNA en histon-eiwitten betrokken zijn (maar niet alleen) worden gereguleerd door andere eiwitten die worden gesynthetiseerd na de transcriptie van andere genen, waarvan de activiteit op hun beurt kan worden veranderd.
In ieder geval is de meest interessante eigenaardigheid van een epigenetische modificatie dat deze kan plaatsvinden als reactie op externe omgevingsstimuli die precies betrekking hebben op de omgeving om ons heen, onze levensstijl (inclusief voeding) en onze gezondheidstoestand.
In zekere zin kan een epigenetische modificatie worden opgevat als een adaptieve verandering die door de cellen wordt uitgevoerd.
Deze veranderingen kunnen fysiologisch zijn, zoals gebeurt in het geval van neuronen die epigenetische mechanismen voor leren en geheugen aannemen, maar ze kunnen ook pathologisch zijn, zoals bijvoorbeeld gebeurt in het geval van psychische stoornissen of tumoren.
Andere belangrijke kenmerken van epigenetische modificaties zijn reversibiliteit en erfelijkheid: deze modificaties kunnen in feite van de ene cel naar de andere worden overgedragen, hoewel ze in de loop van de tijd nog steeds verdere veranderingen kunnen ondergaan, altijd als reactie op externe stimuli.
Ten slotte kunnen epigenetische modificaties optreden in verschillende levensfasen en niet alleen op embryonaal niveau (wanneer de cellen differentiëren) zoals ooit werd aangenomen, maar ook wanneer het organisme al ontwikkeld is.
Therapeutische aspecten
De ontdekking van epigenetica en epigenetische modificaties kan op therapeutisch gebied op grote schaal worden benut voor de mogelijke behandeling van verschillende soorten pathologieën, waaronder die van het neoplastische type (tumoren).
In feite kunnen, zoals vermeld, de epigenetische modificaties ook van pathologische aard zijn; daarom kunnen ze in deze gevallen worden gedefinieerd als echte anomalieën.
De onderzoekers veronderstelden daarom dat, als deze veranderingen kunnen worden beïnvloed door externe prikkels en zich gedurende het leven van het organisme kunnen manifesteren en verder kunnen wijzigen, het mogelijk is om daarop in te grijpen met behulp van specifieke moleculen met als doel de situatie terug te brengen naar normale omstandigheden van normaliteit. Dit is iets dat niet kan (althans nog niet) wanneer de oorzaak van de ziekte in een echte genetische mutatie ligt.
Om dit concept beter te begrijpen, kunnen we als voorbeeld het gebruik nemen dat onderzoekers hebben gemaakt van de kennis van epigenetica op het gebied van antikankertherapieën.
