אפיגנטיקה

כללי והגדרה

אפיגנטיקה עוסקת בחקר כל אותם שינויים תורשתיים המובילים לשינויים בביטוי הגנים מבלי לשנות את רצף ה- DNA, ולפיכך מבלי לגרום לשינויים ברצף הנוקלאוטידים המרכיבים אותו.

במילים אחרות, ניתן להגדיר אפיגנטיקה כחקר אותן וריאציות בביטוי הגנים שלנו, שאינן נגרמות על ידי מוטציות גנטיות אמיתיות, אך יכולות להיות ניתנות להעברה.
אולם באמצעות שפה טכנית יותר, אנו יכולים לאשר כי האפיגנטיקה חוקרת את כל השינויים ואת כל אותם שינויים שיכולים לשנות את הפנוטיפ של אדם, מבלי לשנות את הגנוטיפ.
הכשרון של "שטבע את המונח" אפיגנטיקה "מיוחס לביולוג קונרד האל וודינגטון, שב -1942 הגדיר אותו כ"ענף הביולוגיה החוקר את האינטראקציות הסיבתיות בין הגנים לתוצר שלהם, ומביא את הפנוטיפ".
כפי שמוסבר במונחים אלה, אפיגנטיקה עשויה להיראות מורכבת למדי; כדי להבין טוב יותר את הרעיון זה עשוי להיות שימושי לפתוח סוגר קטן על אופן יצירת ה- DNA וכיצד מתרחשת התעתיק של הגנים שהוא מכיל.

תעתיק DNA וגנים

DNA נמצא בתוך גרעין התא. יש לו מבנה סליל כפול והוא מורכב מיחידות שחוזרות על עצמן, הנקראות נוקלאוטידים.
רוב ה- DNA הכלול בתאים שלנו מאורגן ביחידות משנה מסוימות הנקראות נוקלאוזומים.
הגרעינים מורכבים מחלק מרכזי (הנקרא ליבה) המורכב מחלבונים הנקראים היסטונים שסביבו עוטף ה- DNA.
קבוצת ה- DNA וההיסטונים מהווים את מה שנקרא כרומטין.
שעתוק הגנים הכלולים בדנ"א תלוי בדיוק ב"אריזה של האחרונים "בתוך הנוקלאוזומים. למעשה תהליך שעתוק הגנים מוסדר על ידי גורמי שעתוק, חלבונים מסוימים הנקשרים לרצפים רגולטוריים ספציפיים הקיימים ב- DNA ואשר מסוגלים להפעיל או להדחיק - בהתאם למקרה - גנים ספציפיים.
DNA עם רמת אריזה נמוכה יאפשר אפוא לגורמי שעתוק לגשת לרצפים רגולטוריים. לעומת זאת, DNA עם רמת אריזה גבוהה לא יאפשר להם גישה.
רמת האריזה נקבעת על ידי ההיסטונים עצמם והשינויים שניתן לבצע במבנה הכימי שלהם.
ליתר דיוק, "אצטילציה של היסטונים (כלומר הוספת קבוצת אצטיל באתרים מסוימים בחומצות האמינו המרכיבות חלבונים אלה) גורמת לכרומטין להניח קונפורמציה" נינוחה יותר "המאפשרת כניסת גורמי שעתוק, ומכאן שעתוק גנים. .מאידך, deacetylation מסיר קבוצות אצטיל, וגורם לכרומטין להתעבות ובכך לחסום את שעתוק הגנים.

אותות אפיגנטיים

לאור מה שנאמר עד כה, אנו יכולים לאשר כי אם אפיגנטיקה חוקרת את השינויים המסוגלים לשנות את הפנוטיפ, אך לא את הגנוטיפ של הפרט, אות אפיגנטי הוא שינוי זה המסוגל לשנות את ביטוי הגן הנתון , מבלי לשנות את רצף הנוקלאוטידים.
כתוצאה מכך, אנו יכולים לאשר כי האצטילציה של ההיסטונים המוזכרים בפסקה הקודמת יכולה להיחשב כאות אפיגנטי; במילים אחרות, זהו שינוי אפיגנטי המסוגל להשפיע על פעילות הגן (שניתן לתמלול או פחות) מבלי לשנות אותו. המבנה שלה.
סוג אחר של שינוי אפיגנטי מורכב מתגובת המתילציה, הן של ה- DNA והן של ההיסטונים עצמם.
לדוגמה, המתילציה (כלומר הוספת קבוצת מתיל) של DNA באתר מקדם מפחיתה את התעתיק של הגן, שהפעלתו מוסדרת על ידי אותו אתר האמרגן עצמו. למעשה, אתר האמרגן הוא רצף ספציפי של DNA הנמצא במעלה הזרם של הגנים, שתפקידם לאפשר לתמלול של אותו להתחיל. הוספת קבוצת מתיל באתר זה גורמת אפוא למעין שיעבוד המעכב את שעתוק הגנים.
ובכל זאת, דוגמאות אחרות לשינויים אפיגנטיים ידועים כיום הן זרחון וכל מקום.
כל התהליכים הללו הכוללים דנ"א וחלבוני היסטון (אך לא רק) מוסדרים על ידי חלבונים אחרים המסונתזים בעקבות שעתוק של גנים אחרים, אשר ניתן לשנות את פעילותם.

בכל מקרה, הייחודיות המעניינת ביותר של שינוי אפיגנטי היא שהיא יכולה להתרחש כתגובה לגירויים סביבתיים חיצוניים הנוגעים, בדיוק, לסביבה המקיפה אותנו, לאורח החיים שלנו (כולל תזונה) ולמצב הבריאותי שלנו.
במובן מסוים ניתן להבין שינוי אפיגנטי כשינוי הסתגלותי המופעל על ידי התאים.
שינויים אלה יכולים להיות פיזיולוגיים, כפי שקורה במקרה של נוירונים המאמצים מנגנונים אפיגנטיים ללמידה ולזיכרון, אך הם יכולים להיות גם פתולוגיים, כפי שקורה, למשל, במקרה של הפרעות נפשיות או גידולים.

מאפיינים חשובים נוספים של שינויים אפיגנטיים הם הפיכות ותורשה.למעשה, שינויים אלה יכולים להיות מועברים מתא אחד למשנהו, למרות שהם עדיין יכולים לעבור שינויים נוספים לאורך זמן, תמיד כתגובה לגירויים חיצוניים.
לבסוף, שינויים אפיגנטיים יכולים להתרחש בשלבי חיים שונים ולא רק ברמה העוברית (כאשר התאים מתמיינים) כפי שהאמינו פעם, אלא גם כאשר האורגניזם כבר מפותח.

היבטים טיפוליים

ניתן לנצל באופן נרחב בתחום הטיפולי את גילוי האפיגנטיקה ושינויים אפיגנטיים לטיפול פוטנציאלי בסוגים שונים של פתולוגיות, כולל אלו מהסוג הניאופלסטי (גידולים).
למעשה, כאמור, השינויים האפיגנטיים יכולים להיות גם בעלי אופי פתולוגי; לכן, במקרים אלה, ניתן להגדירם כחריגות של ממש.
החוקרים שיערו אפוא שאם שינויים אלה יכולים להיות מושפעים מגירויים חיצוניים ויכולים להתבטא ולשנות את עצמם במהלך חיי האורגניזם, הרי שאפשר להתערב בהם באמצעות מולקולות ספציפיות במטרה להחזיר את המצב תנאים רגילים. של נורמליות. זה דבר שאי אפשר לעשות (לפחות עדיין לא) כשהסיבה למחלה נעוצה במוטציה גנטית של ממש.
כדי להבין טוב יותר מושג זה, אנו יכולים לקחת כדוגמה את השימוש שעשו החוקרים בידע האפיגנטיקה בתחום הטיפולים נגד סרטן.