Fantomele ereditatii

Teza centrala a biologiei moleculare sustine ca informatiile ereditare sunt transmise prin intermediul unor mecanisme genetice. In realitate, de-a lungul generatiilor, o celula-mama schimba cu celulele-fiice si informatii care nu sunt continute in secventa de baza a ADN-ului. Epigenetica studiaza tocmai fenomenele biochimice care permit acidului dezoxiribonucleic sa se exprime intr-o maniera diferita, gratie activarii si reprimarii anumitor gene, dar fara a provoca schimbari la nivelul secventei genice. Oamenii de stiinta au descoperit in ultimii ani ca, actionand asupra enzimelor de baza ale epigeneticii, care fac ADN-ul mai mult sau mai putin accesibil sistemelor de producere a proteinelor, poate fi controlata activitatea genelor si ca boli complexe precum tumorele pot fi declansate nu numai de mutatii genetice, ci si de functionarea defectuoasa a unuia sau mai multor fenomene epigenetice.

Se stia deja de multa vreme ca alimentele pe care le consuma femelele insarcinate – fie ca viitoarele mame sunt femele de soareci, de musculite de otet sau femei – pot marca profund predispozitia progeniturilor lor pentru anumite boli, dar abia de curand au inceput sa inteleaga cercetatorii resorturile din spatele acestui mecanism.

Asadar, dinspre domeniul epigeneticii ar putea veni raspunsurile la multe probleme pe care abordarile clasice ale geneticii s-au dovedit a fi incapabile sa le rezolve. De ce doar unul dintre gemenii asa-numiti identici dezvolta schizofrenia? De ce anumite gene purtatoare de boli afecteaza numai anumite persoane? De ce maladii complexe precum autismul ii marcheaza prepoderent pe baieti? Pentru a obtine raspunsuri, unul dintre mecanismele biologice pe care le analizeaza specialistii in epigenetica este metilarea. Acesta actioneaza fie ca o pedala de acceleratie, fie ca o frana, adica poate activa sau dezactiva o gena in functie de o sumedenie de factori.

Intr-un anumit moment al procesului de metilare, un cvartet de atomi numit grup metilic se ataseaza de o gena, provocand schimbari ale modului in care se „exprima“ aceasta gena. De cele mai multe ori, procesul are menirea de a dezactiva gene de care celulele nu au nevoie (de exemplu, gena aflata intr-unul dintre cei doi cromozomi X prezenti in celula fiecarei femele este „redusa la tacere“ prin metilare). De asemenea, adeseori, aceste grupari metilice se ataseaza de anumite puncte de pe cromozomi pentru ca, dupa caz, buclele strans rasucite ale ADN-ului sa se poata relaxa (asa incat anumite gene sa se poata „exprima“), sau sa se incolaceasca si mai strans (atunci cand o anumita gena activa trebuie „amutita“).

Grupurile metilice sunt responsabile si de dezactivarea ramasitelor infectiilor virale, numite transpozoni (40% din genomul uman este alcatuit din transpozoni paraziti) si tot ele joaca un rol determinant in controlul genelor implicate in dezvoltarea prenatala si postnatala, inclusiv in controlul celor 80 de gene pe care organismul le mosteneste doar de la unul dintre parinti. Aceste gene, numite imprimate (imprinted), trebuie sa fie metilate pentru a functiona si sunt vulnerabile la dieta si la factorii de mediu.

Atunci cand spermatozoidul si ovulul se intalnesc pentru a forma un embrion, fiecare prezinta un anumit tipar de gene metilate. Tiparele nu se transmit ereditar, asa cum se intampla cu genele, dar, in batalia chimica dintre sexe, unele reusesc totusi sa mearga mai departe (in general, tiparele ovulului s-au dovedit a fi mai razbatatoare, fiind cel mai adesea mostenite). De fapt, procesul de metilare este modalitatea pe care Mama Natura a ales-o pentru a permite factorilor de mediu sa influenteze exprimarea unei gene fara a provoca mutatii ireversibile. Totodata, insa, o expunere de scurta durata la orice factor in masura sa influenteze tiparele de metilare pe perioada dezvoltarii poate schimba un animal sau un om pentru tot restul vietii, avand in vedere ca grupurile metilice sunt derivate in intregime din ceea ce omul sau animalul consuma, iar consecintele epigenetice sunt un fel de ruleta ruseasca: pot fi faste sau nefaste.

Un numar de medicamente care inhiba procesul de metilare sunt testate acum ca modalitati de tratament al cancerului. In plus, s-a dovedit ca metilarea care are loc imediat dupa nastere poate contura trasaturi de comportament precum curajul si increderea in sine. Asta pentru ca nutritia este doar unul dintre protagonistii repertoriului epigenetic. Comportamentul are un impact direct asupra conexiunilor creierului si afecteaza in mod cert chimia ADN-ului, pentru ca, spun specialistii, pana la urma nu suntem decat niste mozaicuri de tipare epigenetice si de secvente de gene.

Educatia la soareci
Datoram descoperirile din domeniul epigeneticii in special cercetarilor facute pe soareci, in laborator. Pentru motive care nu au fost elucidate pe de-a-ntregul, tiparele de metilare lipsesc din anumite regiuni ale genomului soarecilor inainte de nasterea acestora. La 12 ore dupa ce soarecii vin pe lume, se formeaza un nou tipar de metilare. Abia dupa aceea, mama-soricioaica incepe sa-si linga puiul (o forma de educatie la rozatoare), in viata caruia prima saptamana este decisiva. Specialistii au observat ca soarecii linsi sarguincios de catre mame in prima saptamana de viata dezvolta tipare de metilare in regiuni ale creierului unde se regleaza nivelul hormonilor de stres secretati de glandele suprarenale, in timp ce puii neglijati prezinta ca adulti o rezistenta mai scazuta la stres.

In timp ce secventele de ADN pot fi comparate cu un text scris, epigenetica suporta comparatia cu formatarea intr-un program de procesare Word. Adica, desi literele raman aceleasi, fontul poate fi mai mare sau mai mic, Times New Roman sau Arial, italic sau bold, subliniat sau nu si in oricare dintre culorile curcubeului.

ADN
Acronimul desemneaza acidul dezoxiribonucleic, una dintre cele mai importante molecule organice, prezent in fiecare celula a fiintelor vii. Este esential pentru identitatea fiecarui organism.

Epigenetica
Studiaza acele schimbari ereditare in functionarea unei gene care au loc fara sa modifice secventa ADN-ului nuclear.

Genele
Subunitati ale ADN. In organismul uman exista in jur de 30.000-40.000 de gene si fiecare contine instructiunile necesare crearii si reglarii moleculelor in celule.

Cromozomii
Sunt structuri aflate in nucleul celulei care poarta gena.

Metilarea ADN
Eveniment molecular care impiedica „lectura“ bazelor chimice si influenteaza modul de „exprimare“ a genelor.

Genom
Cantitatea de material genetic care defineste zestrea ereditara a oricarui organism. Genomul uman se imparte in doua sisteme genetice separate si independente: genomul nuclear si genomul mitocondrial.

Imprinting genomic
Unul dintre mecanismele de reglare a transcrierii de origine epigenetica. Este fenomenul prin care un fragment dintr-o gena este exclus in mod selectiv de la activare, in functie de furnizorul  (mama sau tata) de la care a fost preluat cromozomul purtator al acestei parti a genei.

La inceputul anilor ’80, pe cand preda genetica la Great Ormond Street Hospital, profesorul Marcus Pembrey s-a numarat printre primii cercetatori care au evidentiat faptul ca anumite gene umane sunt „imprimate“ cu un marker epigenetic, un fel de semnatura ce dezvaluie de la care dintre parinti provin. La acea vreme, Pembrey studia o maladie rara, sindromul Angelman, cauzat de o mutatie in care o secventa scurta de ADN lipseste dintr-unul dintre cromozomi. Cei afectati de aceasta boala nu pot vorbi, rad intruna si au mersul teapan.

Pembrey a descoperit ca acest sindrom apare doar atunci cand lipsa secventei de ADN este mostenita de la mama. Ulterior, alti savanti au ajuns la concluzia ca, daca aceeasi anomalie este mostenita de la tata, ea cauzeaza o boala complet diferita, sindromul Praeder-Willi, care se manifesta la copii printr-o pofta de mancare pantagruelica.

Structura ADN-ului a fost descoperita de Francis Crick si James Watson, laureati ai Premiului Nobel.

In organismul uman exista aproximativ 100 de trilioane de celule.

Genomul uman contine 3.164,7 milioane de baze chimice.

Daca fasiile de ADN din toate celulele ar fi puse cap la cap, rezultatul ar echivala cu de peste 60 de ori distanta dintre Pamant si Soare.

Pentru a scrie codul intregului genom uman, o persoana ar trebui sa tasteze 60 de cuvinte pe ora, 8 ore pe zi, timp de 50 de ani.

In 2004, in Statele Unite, Food and Drug Administration a aprobat primul medicament epigenetic, Azacitidine, care trateaza o forma a leucemiei prin reactivarea genelor responsabile de aceasta.