Epigenetica: definizione, come funziona, esempi

L'informazione genetica per un organismo è codificata nel DNA dei cromosomi dell'organismo, ma ci sono altre influenze all'opera. Il sequenze di DNA che compongono un gene potrebbero non essere attivi o potrebbero essere bloccati. Le caratteristiche di un organismo sono determinate dai suoi geni, ma si chiama se i geni stanno effettivamente creando la caratteristica codificata espressione genica.

Molti fattori possono influenzare l'espressione genica, determinando se il gene produce la sua caratteristica del tutto o talvolta solo debolmente. Quando l'espressione genica è influenzata da ormoni o enzimi, il processo è chiamato regolazione genica.

epigenetica studia la biologia molecolare della regolazione genica e l'altra influenze epigenetiche sull'espressione genica. Fondamentalmente qualsiasi influenza che modifica l'effetto delle sequenze di DNA senza cambiare il codice del DNA è un argomento per l'epigenetica.

epigenetica è il processo attraverso il quale le istruzioni genetiche contenute nel

Un gene si esprime creando una copia di se stesso e inviando la copia nella cellula per produrre la proteina codificata nelle sue sequenze di DNA. La proteina, da sola o in combinazione con altre proteine, produce una caratteristica specifica dell'organismo. Se al gene viene impedito di produrre la proteina, la caratteristica dell'organismo non apparirà.

L'epigenetica esamina come il gene può essere bloccato dalla produzione della sua proteina e come può essere riattivato se è bloccato. Tra i tanti meccanismi epigenetici che possono influenzare l'espressione genica sono i seguenti:

• Disattivazione il gene.
• Fermare il gene da fare una copia.
• Fermare il gene copiato da producendo la proteina.
• Blocco del funzione della proteina protein.
• Lasciare la proteina prima che possa funzionare.

L'epigenetica studia come vengono espressi i geni, cosa influenza la loro espressione e i meccanismi che controllano i geni. Esamina lo strato di influenza sopra lo strato genetico e come questo strato determina cambiamenti epigenetici in che aspetto ha un organismo e come si comporta.

Sebbene tutte le cellule di un organismo abbiano lo stesso genoma, le cellule assumono funzioni diverse in base a come regolano i loro geni. A livello di organismo, gli organismi possono avere lo stesso codice genetico ma avere un aspetto e un comportamento diversi. Nel caso degli esseri umani, ad esempio, i gemelli identici hanno lo stesso genoma umano ma avranno un aspetto e si comporteranno in modo leggermente diverso, a seconda alterazioni epigenetiche.

Tali effetti epigenetici possono variare a seconda di molti fattori interni ed esterni, inclusi i seguenti:

• Ormoni
• Fattori di crescita
• Neurotrasmettitori
• Fattori di trascrizione
• Stimoli chimici
• Stimoli ambientali
  

Ciascuno di questi può essere fattori epigenetici che promuovono o interrompono l'espressione genica nelle cellule. Come controllo epigenetico è un altro modo per regolare l'espressione genica senza modificare il codice genetico sottostante.

In ogni caso, l'espressione genica complessiva viene modificata. I fattori interni ed esterni sono necessari per l'espressione genica o possono bloccare uno degli stadi. Se un fattore richiesto come un enzima necessario per la produzione di proteine ​​è assente, la proteina non può essere prodotta.

Se è presente un fattore di blocco, lo stadio di espressione genica corrispondente non può funzionare e l'espressione del gene pertinente è bloccata. L'epigenetica significa che un tratto codificato nelle sequenze del DNA di un gene potrebbe non apparire nell'organismo.

Il genoma è codificato in molecole sottili e lunghe di sequenze di DNA che devono essere avvolte strettamente in una complicata struttura della cromatina per adattarsi a minuscoli nuclei cellulari.

Per esprimere un gene, il DNA viene copiato tramite a meccanismo di trascrizione. La parte di a Doppia elica del DNA che contiene il gene da esprimere viene svolto leggermente e una molecola di RNA fa una copia delle sequenze di DNA che compongono il gene.

Le molecole di DNA sono avvolte attorno a speciali proteine ​​chiamate istoni. Gli istoni possono essere modificati in modo che il DNA sia avvolto più o meno strettamente.

Come modificazioni dell'istone può far sì che le molecole di DNA vengano avvolte così strettamente che il meccanismo di trascrizione, costituito da enzimi speciali e amminoacidi, non può raggiungere il gene da copiare. Limitare l'accesso a un gene attraverso la modifica dell'istone determina il controllo epigenetico del gene.

Oltre a limitare l'accesso ai geni, le proteine ​​istoniche possono essere modificate per legarsi più o meno strettamente alle molecole di DNA avvolte intorno a loro nel cromatina struttura. Tali modificazioni istoniche influenzano il meccanismo di trascrizione la cui funzione è quella di creare una copia RNA dei geni da esprimere.

Le modificazioni degli istoni che influenzano l'espressione genica in questo modo includono quanto segue:

• metilazione - aggiunge un gruppo metilico agli istoni, aumentando il legame al DNA e riducendo l'espressione genica.
• fosforilazione - aggiunge gruppi fosfato agli istoni. L'effetto sull'espressione genica dipende dall'interazione con la metilazione e l'acetilazione.
• acetileazione - l'acetilazione dell'istone riduce il legame e sovraregola l'espressione genica. I gruppi acetile vengono aggiunti con istone acetiltransferasi (HAT).
• De-acetilazione - rimuove i gruppi acetile, aumenta il legame e riduce l'espressione genica con l'istone deacetilasi.

Quando gli istoni vengono modificati per aumentare il legame, il codice genetico per un gene specifico non può essere trascritto e il gene non viene espresso. Quando il legame è ridotto, è possibile creare più copie genetiche o realizzarle più facilmente. Il gene specifico viene quindi espresso e viene prodotta una quantità maggiore della sua proteina codificata.

Dopo che le sequenze di DNA di un gene sono state copiate in an sequenza di RNA, il molecola di RNA lascia il nucleo. La proteina codificata nella sequenza genetica può essere prodotta da piccole fabbriche di cellule chiamate ribosomi.

La catena delle operazioni è la seguente:

1. Trascrizione del DNA in RNA
2. La molecola di RNA lascia il nucleo
3. L'RNA trova ribosomi nella cellula
4. Traduzione di sequenze di RNA in catene proteiche
5. Produzione di proteine

Le due funzioni chiave di una molecola di RNA sono la trascrizione e la traduzione. Oltre all'RNA utilizzato per copiare e trasferire le sequenze di DNA, le cellule possono produrre interferenza RNA o iRNA. Questi sono brevi filamenti di sequenze di RNA chiamati RNA non codificante perché non hanno sequenze che codificano i geni.

La loro funzione è quella di interferire con la trascrizione e la traduzione, riducendo l'espressione genica. In questo modo, l'iRNA ha un effetto epigenetico.

Durante la metilazione del DNA, gli enzimi chiamati DNA metiltransferasi legare gruppi metilici alle molecole di DNA. Per attivare un gene e avviare il processo di trascrizione, una proteina deve legarsi alla molecola del DNA vicino all'inizio. I gruppi metilici vengono posizionati nei punti in cui una proteina di trascrizione normalmente si attacca, bloccando così la funzione di trascrizione.

Quando le cellule si dividono, le sequenze di DNA del genoma cellulare vengono copiate in un processo chiamato replicazione del DNA. Lo stesso processo viene utilizzato per creare sperma e cellule uovo negli organismi superiori.

Molti dei fattori che regolano l'espressione genica vengono persi quando il DNA viene copiato, ma molti dei modelli di metilazione del DNA vengono replicati nelle molecole di DNA copiate. Ciò significa che la regolazione dell'espressione genica causata da La metilazione del DNA può essere ereditata anche se le sequenze di DNA sottostanti rimangono invariate.

Perché la metilazione del DNA risponde a fattori epigenetici come ambiente, dieta, sostanze chimiche, stress, inquinamento, scelte di vita e radiazioni, le reazioni epigenetiche derivanti dall'esposizione a tali fattori possono essere ereditate attraverso il DNA metilazione. Ciò significa che, oltre alle influenze genealogiche, un individuo è plasmato dal comportamento dei genitori e dai fattori ambientali a cui è stato esposto.

Le cellule hanno geni che promuovono divisione cellulare così come i geni che sopprimono la crescita cellulare rapida e incontrollata come nei tumori. I geni che causano la crescita dei tumori sono chiamati oncogeni e quelli che prevengono i tumori si chiamano geni oncosoppressori.

I tumori umani possono essere causati dall'aumentata espressione di oncogeni accoppiata con l'espressione bloccata di geni oncosoppressori. Se il modello di metilazione del DNA corrispondente a questa espressione genica viene ereditato, la prole può avere una maggiore suscettibilità al cancro.

In caso di cancro del colon-retto, un modello di metilazione del DNA difettoso può essere trasmesso dai genitori alla prole. Secondo uno studio e un articolo del 1983 di A. Feinberg e B. Vogelstein, il modello di metilazione del DNA dei pazienti con cancro del colon-retto ha mostrato un aumento della metilazione e del blocco dei geni oncosoppressori con una diminuzione della metilazione degli oncogeni.

L'epigenetica può anche essere usata per aiutare curare malattie genetiche. Nella sindrome dell'X fragile, manca un gene del cromosoma X che produce una proteina regolatrice chiave. L'assenza della proteina significa che la proteina BRD4, che inibisce lo sviluppo intellettuale, viene prodotta in eccesso in modo incontrollato. I farmaci che inibiscono l'espressione di BRD4 possono essere usati per trattare la malattia.

L'epigenetica ha una grande influenza sulla malattia, ma può anche influenzare altri tratti dell'organismo come il comportamento.

In uno studio del 1988 alla McGill University, Michael Meany ha osservato che i topi le cui madri si prendevano cura di loro leccandoli e prestando loro attenzione si sono sviluppati in adulti calmi. I ratti le cui madri li ignoravano sono diventati adulti ansiosi. Un'analisi del tessuto cerebrale ha mostrato che il comportamento delle madri ha causato cambiamenti nella metilazione delle cellule cerebrali nei ratti neonati. Le differenze nella prole di ratto erano il risultato di effetti epigenetici.

Altri studi hanno esaminato l'effetto della carestia. Quando le madri furono esposte alla carestia durante la gravidanza, come avvenne in Olanda nel 1944 e nel 1945, la loro i bambini avevano una maggiore incidenza di obesità e malattie coronariche rispetto alle madri non esposte a carestia. I rischi più elevati sono stati ricondotti alla ridotta metilazione del DNA di un gene che produce un fattore di crescita simile all'insulina. Come effetti epigenetici può essere ereditato per più generazioni.

Gli effetti del comportamento che possono essere trasmessi dai genitori ai figli e in seguito possono includere quanto segue:

• La dieta dei genitori può influenzare la salute mentale della prole.
• L'esposizione ambientale all'inquinamento dei genitori può influenzare l'asma infantile.
• L'anamnesi nutrizionale della madre può influenzare le dimensioni della nascita del bambino.
• Il consumo di alcol in eccesso da parte del genitore maschio può causare aggressività nella prole.
• L'esposizione dei genitori alla cocaina può influenzare la memoria.

Questi effetti sono il risultato di cambiamenti nella metilazione del DNA trasmessi alla prole, ma se questi fattori possono cambiare la metilazione del DNA nei genitori, i fattori che i bambini sperimentano possono cambiare il proprio DNA metilazione. A differenza del codice genetico, la metilazione del DNA nei bambini può essere modificata dal comportamento e dall'esposizione ambientale in età avanzata.

Quando la metilazione del DNA è influenzata dal comportamento, i segni metilici sul DNA dove i gruppi metilici possono attaccarsi possono cambiare e influenzare l'espressione genica in questo modo. Sebbene molti degli studi che si occupano di espressione genica risalgano a molti anni fa, è solo più recentemente che i risultati sono stati collegati a un volume crescente di ricerca epigenetica. Questa ricerca mostra che il ruolo dell'epigenetica può avere un'influenza sugli organismi tanto potente quanto il codice genetico sottostante.