Pe lângă metilarea ADN, alte mecanisme epigenetice includ modificări chimice ale proteinelor implicate în împachetarea ADN-ului. Aceste sisteme nu sunt responsabile numai pentru fenomene epigenetice clasice cum ar fi cele întâlnite la pisicile tortoiseshell.
Mecanismele sunt implicate şi în dezvoltarea noastră în uter precum şi în reglarea de zi cu zi a genelor noastre.
În fapt, aproape orice lucru realizat de ADN – incluzând aici producerea de proteine, replicarea ADN-ului înainte de diviziunea celulară, precum şi repararea avariilor din ADN – implică sisteme epigenetice de acest fel. Aceste mecanisme oferă şi o posibilă unealtă lumii în care trăim, unealtă prin intermediul căreia mediul să ne influenţeze genele, ducând astfel la renaşterea vechii dezbateri asupra problematicii de tipul “natură sau educaţie”.
Cum funcţionează?
Metilarea ADN-ului a fost primul mecanism epigenetic care a fost descoperit, în timpul anilor ’70, dar de atunci o gamă largă de alte astfel de modificări chimice au devenit evidente. În loc de a modifica ADN-ul însuşi, multe acţionează prin intermediul proteinelor asociate, numite histone.
Proteinele histone ajută la împachetarea ADN-ului tuturor formelor de viaţă complexe, incluzând aici animalele, plantele şi fungii, dar excluzând bacteriile. Acest mecanism este asemănător unor mărgele aşezate pe o sârmă, cu excepţia faptului că ADN-ul este înfăşurat în exteriorul roiului de proteine histone, mai degrabă decât să treacă printr-o gaură din mijloc. Şi mai important, histonele prezintă cozi moleculare proeminente care oferă multe spaţii posibile pentru modificări chimice.
Pe lângă ADN, histonelor le pot fi adăugate grupuri metil, dar şi alte unităţi chimice, incluzând aici grupuri fosfat, grupuri acetil şi chiar şi proteine mici, cum ar fi ubicuitina. În timp ce metilarea ADN dezactivează genele, metilarea histonelor poate activa sau dezactiva activitatea genelor, în funcţie de locul de pe coada moleculară unde este adăugat grupul metil. Acetilarea histonelor, pe de altă parte, aproape de fiecare dată are rol în activarea genelor. Per total, aproape 50 de tipuri diferite de modificări au fost identificate, multe dintre ele fiind încă în curs de decodificare.
Cum îşi exercită efectele aceste modificări chimice? Pentru ca o genă să fie activă şi să-şi producă proteina, o serie de enzime producătoare trebuie să se unească cu ADN-ul astfel încât să fie capabile să producă o moleculă intermediară denumită ARN mesager. Unele modificări epigenetice fac ca ADN-ul să devină mult mai spiralat şi astfel să devină inaccesibil, oprind astfel enzimele de la unirea cu acesta – dezactivând gena, cu alte cuvinte. Modificările care activează o genă fac ca ADN-ul să se deschidă din punct de vedere fizic astfel încât enzimele producătoare să se poată uni cu acesta.
Ce este epigenomul?
Videoclip realizat de Universitatea Statului Utah
Aceste sisteme epigenetice sunt gestionate de proteine clasificate ca scriitori, ştergători sau cititori. Scriitorii sunt enzimele care ataşează marcaje chimice, în timp ce ştergătorii, după cum arată şi numele lor, le şterg. Iar cititorii interpretează marcajele prin unirea cu locul desemnat şi produc activarea sau dezactivarea genei. Pentru fiecare tip de marcaj epigenetic – metilare, fosforilare şi aşa mai departe – există un set specific de proteine care scriu, citesc sau şterg acel marcaj.
De-a lungul generaţiilor
Pot fi transmise caracteristicile epigenetice la urmaşii unui organism? În cazul plantelor, răspunsul este un da hotărât. O formă particulară a florii regăsită în cazul unor plante de linariţă este transmisă în mod fidel între generaţii şi totuşi nu pare a implica nicio diferenţă în secvenţa ADN. Această formă a florii, care a fost cunoscută pentru mai bine de 200 de ani, se dovedeşte a fi produsă de silenţierea unei gene prin procesul de metilare ADN.
Dovezi ale efectelor transgeneraţionale în cazul animalelor sunt destul de rare, dar totuşi există. Să luăm ca exemplu şoarecii agouti descrişi în articolul anterior al seriei, a căror culoare a blănii variază de la galben până la maro, depinzând de gradul de metilare a genei responsabile de pigmentare. Încrucişarea a doi şoareci de aceeaşi culoare generează încă o dată întreaga gamă de culori a blănii, sugerând faptul că marcajele epigenetice nu sunt transmise cu siguranţă urmaşilor. Dar o analiză atentă arată că părinţii cu o culoare a blănii galbenă au pui cu o culoare a blănii care prezintă o intensitate mai accentuată a culorii galbene decât media, sugerând o tendinţă redusă a acestei caracteristici epigenetice de a fi transmisă mai departe, deşi efectul este pierdut în cazul generaţiilor de mai târziu.
Acelaşi model poate fi observat în cazul altei gene prezente la şoareci care generează o coadă răsucită. Concluzia acestor studii amănunţite asupra şoarecilor este că moştenirea epigenetică există, dar se caracterizează prin a fi un efect de intensitate redusă care este pierdut după o generaţie.
Deci ce putem spune despre oameni? Este posibil ca consecinţele epigenetice ale foametei, neglijării sau bolilor să fie moştenite de-a lungul generaţiilor umane? Un studiu a arătat faptul ca oamenii care au avut un bunic care a trecut printr-o foamete în timpul adolescenţei au murit mai devreme, în medie, dacă erau de acelaşi sex cu bunicul înfometat. Implicaţia acestui fapt este că experienţa foametei a modificat epigenomul şi că acest efect a fost transmis în mod fidel de-a lungul a două generaţii pentru a compromite sănătatea nepoţilor. Studiile de acest tip sunt statistice şi retrospective, aşa că este greu să investighezi ceea ce are loc la nivel molecular. În plus, este dificil să elimini posibilitatea ca aceste efecte să fi fost transmise prin cultură, mai degrabă decât prin epigenetică. Cartografierea pe scară largă a epigenomului uman în relaţie cu experienţa şi boala este în curs de desfăşurare şi ar putea ajuta la rezolvarea acestei dispute.
Posibilitatea ca trăsăturile care sunt obţinute în timpul vieţii unui individ să fie memorate epigenetic şi apoi transmise următoarei generaţii a condus la renaşterea unor capitole din acum discreditata teorie a evoluţiei cunoscută sub numele de Lamarckism. Punctul de vedere consensual, sprijinit de un munte de dovezi, este încă acela care spune că evoluţia are loc prin selecţia naturală a variantelor genetice care apar prin accident. Totuşi, mecanismele epigenetice ar putea juca un rol evolutiv minor.
Textul de mai sus reprezintă traducerea articolului instant-expert-epigenetics, publicat de New Scientist. Scientia.ro este singura entitate responsabilă pentru eventuale erori de traducere, Reed Business Information Ltd şi New Scientist neasumându-şi nicio responsabilitate în această privinţă.
Traducere: Alexandru Huţupanu