Tính tổng quát và định nghĩa
Di truyền học liên quan đến việc nghiên cứu tất cả những sửa đổi di truyền dẫn đến sự biến đổi biểu hiện gen mà không làm thay đổi trình tự DNA, do đó không gây ra thay đổi trong trình tự các nucleotide tạo ra nó.
Tuy nhiên, sử dụng một ngôn ngữ kỹ thuật hơn, chúng ta có thể nói rằng biểu sinh học nghiên cứu tất cả những thay đổi đó và tất cả những thay đổi có thể thay đổi kiểu hình của một cá thể, mà không làm thay đổi kiểu gen.
Công đức của việc đặt ra thuật ngữ "biểu sinh" được quy cho nhà sinh vật học Conrad Hal Waddington, vào năm 1942, đã định nghĩa nó là "nhánh sinh học nghiên cứu sự tương tác nhân quả giữa gen và sản phẩm của họ, và đặt ra kiểu hình ".
Giải thích trong các điều khoản này, biểu sinh có vẻ khá phức tạp; để hiểu rõ hơn về khái niệm này có thể hữu ích khi mở một dấu ngoặc đơn nhỏ về cách tạo DNA và cách thức phiên mã của các gen có trong nó.
Phiên mã DNA và gen
DNA được chứa trong nhân tế bào. Nó có cấu trúc xoắn kép và bao gồm các đơn vị lặp lại được gọi là nucleotide.
Hầu hết các DNA có trong các tế bào của chúng tôi được tổ chức thành các tiểu đơn vị cụ thể được gọi là nucleosome .
Các nhiễm sắc thể được cấu thành bởi một phần trung tâm (được gọi là lõi) bao gồm các protein được gọi là histones xung quanh mà DNA được bọc.
Toàn bộ DNA và histones tạo thành cái gọi là chromatin .
Sự phiên mã của các gen có trong DNA phụ thuộc chính xác vào bao bì của gen sau bên trong các nhiễm sắc thể. Trên thực tế, quá trình phiên mã gen được quy định bởi các yếu tố phiên mã, các protein cụ thể liên kết với các chuỗi quy định cụ thể có trên DNA và có khả năng kích hoạt hoặc kìm nén - tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể.
Do đó, một DNA có mức độ đóng gói thấp sẽ cho phép các yếu tố phiên mã truy cập vào các trình tự quy định. Ngược lại, DNA với mức độ đóng gói cao sẽ không cho phép chúng truy cập.
Mức độ đóng gói được xác định bởi chính histones và bởi những thay đổi có thể được thực hiện trong cấu trúc hóa học của chúng.
Cụ thể hơn, việc acetyl hóa histone (tức là bổ sung một nhóm acetyl tại các vị trí cụ thể trên các axit amin tạo nên các protein này) làm cho nhiễm sắc thể giả định một cấu trúc "thoải mái hơn", cho phép xâm nhập các yếu tố phiên mã, do đó phiên mã gen. Ngược lại, deacetylation loại bỏ các nhóm acetyl, gây ra sự dày lên của chất nhiễm sắc và do đó ngăn chặn sự phiên mã gen.
Tín hiệu biểu sinh
Trước những gì đã nói, chúng ta có thể nói rằng, nếu biểu sinh học nghiên cứu những thay đổi có khả năng thay đổi kiểu hình, nhưng không phải là kiểu gen của một cá thể, một tín hiệu biểu sinh là sự sửa đổi có khả năng thay đổi biểu hiện của một gen nhất định, mà không làm thay đổi trình tự nucleotide.
Do đó, chúng ta có thể nói rằng acetyl hóa các histone được đề cập trong đoạn trước có thể được coi là một tín hiệu biểu sinh; nói cách khác, đó là một sửa đổi biểu sinh có khả năng ảnh hưởng đến hoạt động của gen (có thể phiên mã hoặc không) mà không làm thay đổi cấu trúc của nó.
Một loại sửa đổi biểu sinh khác là phản ứng methyl hóa, cả DNA và histones.
Ví dụ, quá trình methyl hóa (việc bổ sung một nhóm methyl) DNA tại một vị trí của trình khởi động làm giảm quá trình phiên mã gen, sự kích hoạt được điều chỉnh bởi cùng một vị trí của trình khởi động. Trong thực tế, vị trí của trình khởi động là một chuỗi DNA cụ thể nằm ở thượng nguồn của các gen, có nhiệm vụ là cho phép bắt đầu phiên mã giống nhau. Do đó, việc bổ sung một nhóm methyl tại vị trí này gây ra một loại trở ngại gây cản trở quá trình phiên mã gen.
Hơn nữa, các ví dụ khác về sửa đổi biểu sinh hiện được biết đến là sự phosphoryl hóa và phổ biến hóa .
Tất cả các quá trình liên quan đến protein DNA và histone (nhưng không chỉ) được điều chỉnh bởi các protein khác được tổng hợp theo phiên mã của các gen khác, mà hoạt động của chúng có thể lần lượt bị thay đổi.
Trong mọi trường hợp, điểm đặc biệt thú vị nhất của việc sửa đổi biểu sinh là nó có thể diễn ra để đáp ứng với các kích thích môi trường bên ngoài, thực tế là môi trường xung quanh chúng ta, lối sống của chúng ta (bao gồm cả dinh dưỡng) và của chúng ta tình trạng sức khỏe.
Theo một nghĩa nào đó, một sửa đổi biểu sinh có thể được hiểu là một sự thay đổi thích nghi được thực hiện bởi các tế bào.
Những thay đổi như vậy có thể là sinh lý, như xảy ra trong trường hợp tế bào thần kinh áp dụng cơ chế biểu sinh cho việc học và trí nhớ, nhưng cũng có thể là bệnh lý, như xảy ra, ví dụ, trong trường hợp rối loạn tâm thần hoặc khối u.
Các đặc điểm quan trọng khác của sửa đổi biểu sinh là tính thuận nghịch và tính kế thừa . Trên thực tế, những sửa đổi này có thể được truyền từ tế bào này sang tế bào khác, mặc dù chúng có thể trải qua những thay đổi hơn nữa theo thời gian, luôn đáp ứng với các kích thích bên ngoài.
Cuối cùng, sửa đổi biểu sinh có thể xảy ra ở các giai đoạn khác nhau của cuộc sống và không chỉ ở cấp độ phôi thai (tại thời điểm các tế bào khác nhau) như họ từng tin, mà cả khi sinh vật đã được phát triển.
Khía cạnh trị liệu
Việc phát hiện ra biểu sinh và sửa đổi biểu sinh có thể được khai thác rộng rãi trong lĩnh vực trị liệu để điều trị tiềm năng các loại bệnh lý khác nhau, bao gồm cả các loại u tân sinh (khối u).
Trong thực tế, như đã đề cập, sửa đổi biểu sinh cũng có thể có bản chất bệnh lý; do đó, trong những trường hợp này, chúng có thể được định nghĩa là dị thường thực sự.
Sau đó, các nhà nghiên cứu đưa ra giả thuyết rằng nếu những thay đổi này có thể bị ảnh hưởng bởi các kích thích bên ngoài và có thể tự biểu hiện và được sửa đổi thêm trong suốt vòng đời của sinh vật, thì có thể can thiệp vào chúng bằng cách sử dụng các phân tử cụ thể nhằm mục đích báo cáo tình hình trong các điều kiện của tính quy luật. Điều gì, điều này, mà không thể làm được (ít nhất là chưa) khi nguyên nhân gây bệnh nằm trong một đột biến gen thực sự.
Để hiểu rõ hơn về khái niệm này, chúng ta có thể lấy một ví dụ về việc sử dụng các nhà nghiên cứu đã tạo ra kiến thức về biểu sinh học trong lĩnh vực trị liệu chống ung thư.
Biểu sinh và khối u
Như đã biết, các bệnh tân sinh bắt nguồn từ đột biến gen dẫn đến sự hình thành các tế bào ác tính, chúng sinh sản rất nhanh làm phát sinh căn bệnh này.
Tuy nhiên, chúng ta đã thấy rằng - với cùng một đột biến gen - cùng một khối u có thể phát triển theo những cách khác nhau và ở các dạng khác nhau từ cá thể này sang cá thể khác (ví dụ, ở một cá thể, một dạng tối ưu có thể phát sinh, trong khi ở dạng khác mãn tính). Các nhà nghiên cứu tin rằng cách biểu hiện bệnh lý khác nhau này được quy định bởi các hiện tượng làm nền tảng cho biểu sinh học.
Đặc biệt, người ta đã quan sát thấy rằng ở nhiều dạng khối u, các cơ chế biểu sinh dẫn đến sự khởi phát của bệnh dựa trên sự methyl hóa và acetyl hóa DNA và histones (xem đoạn "Tín hiệu biểu sinh").
Nghiên cứu trong lĩnh vực này đã dẫn đến việc tổng hợp các phân tử vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm, có khả năng hoạt động ở cấp độ của các cơ chế biểu sinh này và thực hiện một sự kiểm soát nhất định đối với chúng.
Tất nhiên, bằng cách không tác động trực tiếp lên DNA - do đó không tác động lên đột biến gen gây ra khối u - những loại thuốc tiềm năng này không được kết luận, nhưng có thể làm chậm hoặc ngăn chặn sự tiến triển của bệnh lý tân sinh, đồng thời, có thể cho phép giảm liều của hóa trị liệu chống ung thư được quản lý, cải thiện đáng kể chất lượng cuộc sống của bệnh nhân, vì chúng có thể kéo dài quan điểm của cuộc sống.
Tuy nhiên, các cơ chế của biểu sinh không chỉ liên quan đến sự phát triển của bệnh ung thư và kiến thức thu được từ đó có thể cung cấp những ý tưởng mới và hữu ích cho việc tổng hợp các loại thuốc ngày càng hiệu quả và cụ thể để điều trị bệnh. nhưng không có liệu pháp nhắm mục tiêu.
