Apa itu epigenetik? Kunci pemahaman

Seberapa penting DNA Kode genetik adalah kunci kehidupan , yang dalam kasus manusia menyimpan informasi yang memungkinkan tubuh untuk berkembang di antara hampir 20.000 gen yang membentuk genom. Semua sel dari tubuh yang sama memiliki DNA yang sama.

Jadi bagaimana mungkin mereka bertindak berbeda? Atau lebih tepatnya, bagaimana neuron adalah neuron dan bukan hepatosit, jika mereka menyajikan DNA yang sama? Jawabannya terletak pada epigenetik .

• Artikel terkait: "Genetika dan perilaku: apakah gen memutuskan bagaimana kita bertindak?"

Apa itu epigenetik?

Meskipun mengandung informasi, rantai asam deoksiribonukleat bukanlah segalanya, karena ada komponen penting yaitu lingkungan. Di sinilah istilah epigenetik, "tentang genetika" atau "selain genetika".

Ada beberapa faktor di luar kode genetik yang mengatur ekspresi gen yang berbeda, tetapi selalu menjaga urutan DNA tetap utuh. Ini adalah mekanisme yang memiliki relevansi: jika semua gen aktif pada saat yang sama itu tidak akan ada gunanya, untuk itu kontrol atas ekspresi diperlukan.

Epigenetik Istilah diciptakan oleh ahli genetika Skotlandia Conrad Hal Waddington pada tahun 1942 untuk merujuk studi tentang hubungan gen dan lingkungan .

Cara sederhana untuk memahami epigenesis diberikan kepada saya oleh seorang teman baik dengan contoh ini: jika kita berpikir bahwa DNA adalah perpustakaan, gen adalah buku dan ekspresi gen adalah pustakawan. Tetapi perpustakaan itu sendiri, debu, rak-rak, api ... semua yang menghalangi atau membantu pustakawan untuk mengakses buku-buku akan menjadi epigenetik.

Kenyataannya adalah itu Genom manusia terdiri dari lebih dari 20.000 gen , tetapi ini tidak selalu aktif pada saat yang bersamaan. Tergantung pada jenis selnya, pada tahap perkembangan apa organisme atau bahkan lingkungan tempat individu tinggal, akan ada beberapa gen aktif dan yang lainnya tidak. Kehadiran sekelompok protein yang bertanggung jawab untuk mengendalikan ekspresi gen tanpa memodifikasi urutan DNA, yaitu, tanpa menyebabkan mutasi atau translokasi, misalnya, memungkinkan ini.

Mengetahui epigenome

Konsep epigenome lahir sebagai konsekuensi dari munculnya epigenetik, dan tidak lebih dari semua komponen yang merupakan bagian dari regulasi ekspresi gen ini.

Tidak seperti genom, yang tetap stabil dan abadi sejak lahir sampai usia tua (atau seharusnya), epigenome bersifat dinamis dan variabel. Sepanjang perkembangan itu berubah, dapat dipengaruhi oleh lingkungan , dan itu tidak sama sesuai dengan tipe sel. Untuk menempatkan efek lingkungan, telah terlihat bahwa mengkonsumsi tembakau memiliki dampak negatif pada epigenome, yang mendukung munculnya kanker.

Sebelum melanjutkan, tinjauan singkat genetika diperlukan untuk memahami tujuan DNA. Kode genetik mengandung gen, tetapi karena alasan itu, ini tidak akan memiliki konsekuensi. Secara umum, perlu bahwa kompleks protein yang disebut RNA polimerase "baca" gen ini dan tuliskan ke jenis lain dari rantai asam nukleat yang disebut "messenger RNA" (mRNA), yang hanya terdiri dari fragmen gen yang dibaca.

RNA yang diperlukan ini harus diterjemahkan ke dalam produk akhir, yang tidak lain adalah protein, yang dibentuk oleh kompleks molekul lain yang dikenal sebagai ribosom, yang mensintesis protein dari mRNA. Setelah jelas cara kerjanya, saya melanjutkan.

Mekanisme epigenetik

DNA adalah struktur yang sangat besar, yang dalam kasus manusia memiliki panjang hampir dua meter, jauh lebih besar dari diameter sel apa pun.

Alam adalah bijaksana dan menemukan metode untuk secara drastis mengurangi ukuran dan mengemasnya di dalam inti sel: terima kasih kepada protein struktural yang disebut "histones" , yang dikelompokkan dalam kelompok delapan untuk membentuk nukleosom, mendukung rantai DNA sehingga membungkus di sekitarnya dan memfasilitasi pelipatan.

Rantai DNA tidak sepenuhnya kompak, menyisakan lebih banyak bagian gratis untuk sel untuk menjalankan fungsinya. Yang benar adalah lipat membuat pembacaan gen oleh RNA polimerase sulit, sehingga tidak selalu dilipat dengan cara yang sama di sel yang berbeda. Dengan tidak mengizinkan akses ke RNA polimerase, Anda menjalankan kontrol atas ekspresi gen tanpa memodifikasi urutannya.

Akan sangat sederhana jika hanya ini, tetapi epigenome Itu juga memanfaatkan penanda kimia . Yang paling dikenal adalah metilasi DNA, yang terdiri dari pengikatan gugus metil (-CH3) menjadi asam deoksiribonukleat.Tanda ini, tergantung pada penempatannya, dapat menstimulasi pembacaan gen dan mencegahnya dicapai oleh RNA polimerase.

Apakah epigenome diwariskan?

Genom, yang tidak berubah, diwariskan masing-masing orang tua dari seorang individu. Tetapi apakah hal yang sama terjadi dengan epigenome? Topik ini telah membawa banyak kontroversi dan keraguan.

Ingat bahwa, tidak seperti kode genetik, epigenome bersifat dinamis. Ada kelompok-kelompok ilmiah yang yakin bahwa itu juga diwariskan, dan contoh paling sering yang terungkap adalah kasus sebuah desa di Swedia di mana cucu-cucu kakek-nenek yang mengalami kelaparan hidup lebih lama, seolah-olah itu adalah hasil dari epigenetik.

Masalah utama dengan jenis penelitian ini adalah bahwa mereka tidak menggambarkan prosesnya, tetapi hanya dugaan tanpa demonstrasi yang memecahkan keraguan.

Adapun mereka yang percaya bahwa epigenome tidak diwariskan, mereka didasarkan pada sebuah studi yang mengungkapkan keluarga gen yang fungsi utamanya adalah restart epigenome di zigot . Namun, penelitian yang sama menjelaskan bahwa epigenome tidak memulai ulang sepenuhnya, tetapi 5% gen lolos dari proses ini, meninggalkan pintu kecil terbuka.

Pentingnya epigenetika

Pentingnya yang diberikan kepada studi epigenetik adalah bahwa itu bisa menjadi cara untuk selidiki dan pahami proses kehidupan seperti penuaan, proses mental atau sel induk.

Bidang di mana lebih banyak hasil diperoleh adalah dalam pemahaman biologi kanker, mencari target untuk menghasilkan terapi farmakologis baru untuk melawan penyakit ini.

Aging

Seperti yang disebutkan sebelumnya dalam teks, epigenome di setiap sel berubah sesuai dengan tahap perkembangan di mana orang tersebut.

Ada beberapa penelitian yang telah membuktikan hal ini. Misalnya, telah diamati itu genom bervariasi di otak manusia sejak lahir hingga dewasa, sementara di usia dewasa sampai usia lanjut tetap stabil. Selama penuaan ada perubahan lagi, tetapi kali ini ke bawah bukan ke atas.

Untuk penelitian ini mereka berfokus pada metilasi DNA, melihat bahwa mereka menghasilkan lebih banyak selama masa remaja dan turun di usia tua. Dalam hal ini, kurangnya metilasi menghalangi kerja RNA polimerase , yang mengarah ke penurunan efisiensi oleh neuron.

Sebagai aplikasi untuk memahami penuaan, ada penelitian yang memanfaatkan pola metilasi DNA dalam sel garis darah sebagai indikator usia biologis. Kadang-kadang, usia kronologis tidak bertepatan dengan usia biologis, dan dengan penggunaan pola ini orang bisa mengetahui status kesehatan dan kematian pasien dengan cara yang lebih konkret.

Kanker dan patologi

Kanker terdiri dari sel yang untuk beberapa alasan tidak lagi terspesialisasi dalam jaringan asalnya dan mulai berperilaku seolah-olah sel yang tidak berdiferensiasi, tanpa membatasi proliferasi atau pindah ke jaringan lain.

Dengan logika, adalah normal untuk berpikir bahwa perubahan dalam epigenome dapat menyebabkan sel menjadi kanker dengan mempengaruhi ekspresi gen.

Di dalam DNA ada gen yang dikenal sebagai "penekan kanker" ; namanya sendiri menunjukkan apa fungsinya. Nah, dalam beberapa kasus kanker telah terlihat bahwa gen ini dimetilasi sehingga mereka menonaktifkan gen tersebut.

Saat ini, tujuannya adalah untuk mempelajari apakah epigenetik mempengaruhi jenis patologi lainnya. Ada bukti yang menunjukkan bahwa itu juga terlibat dalam arteriosklerosis dan dalam beberapa jenis penyakit mental.

Aplikasi medis

Industri farmasi memiliki mata pada epigenome, yang berkat dinamikanya adalah target yang layak untuk terapi masa depan. Mereka sudah dipraktikkan perawatan di beberapa jenis kanker , terutama pada leukemia dan limfoma, di mana obat ini ditujukan untuk metilasi DNA.

Perlu dicatat bahwa ini efektif selama asal kanker adalah epigenetik dan bukan yang lain, seperti misalnya oleh mutasi.

Namun, tantangan terbesar adalah mendapatkan semua informasi tentang epigenome manusia, dengan cara mengurutkan genom manusia. Dengan pengetahuan yang lebih luas, di masa depan Anda bisa merancang perawatan yang lebih personal dan individual, untuk dapat mengetahui kebutuhan sel-sel dari area yang rusak pada pasien tertentu.

Sains membutuhkan lebih banyak waktu

Epigenetik adalah bidang penelitian yang cukup baru dan studi lebih lanjut diperlukan untuk memahami subjek lebih lanjut.

Yang harus jelas adalah epigenetika itu terdiri dari peraturan ekspresi genetik yang tidak memodifikasi urutan DNA. Tidak jarang ditemukan referensi yang salah pada epigenetika dalam kasus mutasi, misalnya.

The Living Matrix (April 2024).