Allgemeines und Definition
Die Epigenetik beschäftigt sich mit der Erforschung all jener vererbbaren Modifikationen, die zu Variationen der Genexpression führen, ohne jedoch die DNA-Sequenz zu verändern, und daher ohne Veränderungen in der Sequenz der Nukleotide, aus denen sie besteht, zu verursachen.
Mit einer eher technischen Sprache können wir jedoch bestätigen, dass die Epigenetik all jene Modifikationen und all jene Veränderungen untersucht, die in der Lage sind, den Phänotyp eines Individuums zu variieren, ohne jedoch den Genotyp zu verändern.
Das Verdienst, „den Begriff „Epigenetik“ geprägt zu haben, wird dem Biologen Conrad Hal Waddington zugeschrieben, der ihn 1942 definierte als „den Zweig der Biologie, der die kausalen Wechselwirkungen zwischen Genen und ihrem Produkt untersucht und den Phänotyp hervorbringt“.
So erklärt, mag die Epigenetik ziemlich komplex erscheinen; um das Konzept besser zu verstehen, kann es nützlich sein, eine kleine Klammer darüber zu öffnen, wie DNA hergestellt wird und wie die Transkription der darin enthaltenen Gene abläuft.
DNA- und Gen-Transkription
DNA ist im Zellkern enthalten, hat eine Doppelhelix-Struktur und besteht aus sich wiederholenden Einheiten, den sogenannten Nukleotiden.
Der größte Teil der in unseren Zellen enthaltenen DNA ist in bestimmten Untereinheiten organisiert, die Nukleosomen genannt werden.
Nukleosomen bestehen aus einem zentralen Teil (Kern genannt), der aus Proteinen besteht, die als Histone bezeichnet werden und um die sich die DNA wickelt.
Der Satz aus DNA und Histone bildet das sogenannte Chromatin.
Die Transkription der in der DNA enthaltenen Gene hängt genau von der „Verpackung der letzteren" im Inneren der Nukleosomen ab. Tatsächlich wird der Gentranskriptionsprozess durch Transkriptionsfaktoren reguliert, bestimmte Proteine, die an bestimmte regulatorische Sequenzen der DNA binden und die sind in der Lage, je nach Fall spezifische Gene zu aktivieren oder zu unterdrücken.
DNA mit einem geringen Packungsgrad ermöglicht daher Transkriptionsfaktoren den Zugriff auf regulatorische Sequenzen.Umgekehrt erlaubt DNA mit einem hohen Packungsgrad ihnen den Zugriff nicht.
Der Packungsgrad wird durch die Histone selbst und die Veränderungen ihrer chemischen Struktur bestimmt.
Genauer gesagt bewirkt die "Acetylierung von Histonen (dh die Anfügung einer Acetylgruppe an bestimmten Stellen an den Aminosäuren, aus denen diese Proteine bestehen) das Chromatin eine "entspanntere" Konformation annimmt, die den Eintritt von Transkriptionsfaktoren ermöglicht, daher die Gentranskription Auf der anderen Seite entfernt die Deacetylierung Acetylgruppen, wodurch das Chromatin verdickt wird und so die Gentranskription blockiert wird.
Epigenetische Signale
Im Lichte des bisher Gesagten können wir bestätigen, dass, wenn die Epigenetik die Modifikationen untersucht, die den Phänotyp, nicht aber den Genotyp eines Individuums verändern können, ein epigenetisches Signal die Modifikation ist, die die Expression eines bestimmten Gens verändern kann , ohne die Nukleotidsequenz zu verändern.
Folglich können wir bestätigen, dass die im vorigen Absatz erwähnte Acetylierung von Histonen als epigenetisches Signal angesehen werden kann, mit anderen Worten, es handelt sich um eine epigenetische Modifikation, die die Aktivität des Gens (das transkribiert oder weniger transkribiert werden kann) ohne Veränderung beeinflussen kann seine Struktur.
Eine andere Art der epigenetischen Modifikation ist die Methylierungsreaktion sowohl der DNA als auch der Histone selbst.
Zum Beispiel reduziert die Methylierung (dh die Addition einer Methylgruppe) von DNA an einer Promotorstelle die Transkription des Gens, dessen Aktivierung durch diese Promotorstelle selbst reguliert wird vor den Genen, deren Aufgabe es ist, deren Transkription beginnen zu lassen. Das Hinzufügen einer Methylgruppe an dieser Stelle verursacht daher eine Art Belastung, die die Gentranskription behindert.
Andere Beispiele für derzeit bekannte epigenetische Modifikationen sind Phosphorylierung und Ubiquitinierung.
All diese Prozesse, an denen DNA- und Histonproteine beteiligt sind (aber nicht nur), werden durch andere Proteine reguliert, die nach der Transkription anderer Gene synthetisiert werden, deren Aktivität wiederum verändert werden kann.
Die interessanteste Besonderheit einer epigenetischen Modifikation ist auf jeden Fall, dass sie als Reaktion auf äußere Umweltreize erfolgen kann, die insbesondere die uns umgebende Umwelt, unseren Lebensstil (einschließlich Ernährung) und unseren Gesundheitszustand betreffen.
Eine epigenetische Modifikation kann gewissermaßen als eine von den Zellen betriebene adaptive Veränderung verstanden werden.
Diese Veränderungen können physiologischer Natur sein, wie es bei Neuronen der Fall ist, die epigenetische Mechanismen für Lernen und Gedächtnis übernehmen, aber sie können auch pathologisch sein, wie es beispielsweise bei psychischen Störungen oder Tumoren der Fall ist.
Weitere wichtige Merkmale epigenetischer Modifikationen sind Reversibilität und Vererbung, die zwar von einer Zelle zur anderen übertragen werden können, sich aber im Laufe der Zeit immer noch weiter verändern können, immer als Reaktion auf äußere Reize.
Schließlich können epigenetische Veränderungen in verschiedenen Lebensphasen auftreten und nicht nur auf embryonaler Ebene (wenn sich die Zellen differenzieren), wie früher angenommen, sondern auch, wenn der Organismus bereits entwickelt ist.
Therapeutische Aspekte
Die Entdeckung der Epigenetik und epigenetischer Modifikationen kann im therapeutischen Bereich für die potenzielle Behandlung verschiedener Arten von Pathologien, einschließlich solcher des neoplastischen Typs (Tumoren), umfassend genutzt werden.
Tatsächlich können die epigenetischen Veränderungen, wie erwähnt, auch pathologischer Natur sein; daher können sie in diesen Fällen als echte Anomalien definiert werden.
Die Forscher stellten daher die Hypothese auf, dass, wenn diese Veränderungen durch äußere Reize beeinflusst werden und sich während des gesamten Lebens des Organismus manifestieren und weiter modifizieren können, es möglich ist, mit spezifischen Molekülen in sie einzugreifen, um die Situation wieder herzustellen normale Bedingungen der Normalität. Dies ist (zumindest noch) nicht möglich, wenn die Krankheitsursache in einer echten genetischen Mutation liegt.
Um dieses Konzept besser zu verstehen, können wir uns als Beispiel die Nutzung der Erkenntnisse der Epigenetik im Bereich der Krebstherapien durch die Forscher nehmen.
