), devido à diferente expressão gênica em diferentes tipos de células, pode ocorrer o desenvolvimento de um organismo multicelular constituído por células diferenciadas. Deve-se notar que muitos pesquisadores ainda estão céticos em relação à epigenética, uma vez que no seu quadro é permitida a possibilidade de herança não genômica como uma resposta adaptativa às mudanças ambientais, o que contradiz o paradigma genocêntrico atualmente dominante.

Exemplos

Um exemplo de mudanças epigenéticas em eucariotos é o processo de diferenciação celular. Durante a morfogênese, as células-tronco totipotentes formam as várias linhagens celulares pluripotentes do embrião, que por sua vez dão origem a células totalmente diferenciadas. Em outras palavras, um óvulo fertilizado – o zigoto – diferencia-se em vários tipos de células, incluindo: neurônios, células musculares, epitélio, endotélio vascular, etc., através de múltiplas divisões. Isto é conseguido ativando alguns genes e, ao mesmo tempo, inibindo outros, utilizando mecanismos epigenéticos.

Um segundo exemplo pode ser demonstrado em ratazanas. No outono, antes do frio, nascem com pelos mais longos e grossos do que na primavera, embora o desenvolvimento intrauterino dos camundongos “primavera” e “outono” ocorra em condições quase idênticas (temperatura, duração do dia, umidade, etc.) . Estudos demonstraram que o sinal que desencadeia alterações epigenéticas que levam ao aumento do comprimento do cabelo é uma alteração no gradiente de concentração de melatonina no sangue (diminui na primavera e aumenta no outono). Assim, mudanças epigenéticas adaptativas (aumento do comprimento do cabelo) são induzidas antes mesmo do início do frio, cuja adaptação é benéfica para o organismo.

Etimologia e definições

O termo "epigenética" (assim como "paisagem epigenética") foi proposto por Conrad Waddington em 1942, como um derivado das palavras genética e epigênese. Quando Waddington cunhou o termo, a natureza física dos genes não era totalmente conhecida, por isso ele usou-o como um modelo conceptual de como os genes poderiam interagir com o seu ambiente para produzir um fenótipo.

Robin Halliday definiu epigenética como “o estudo dos mecanismos de controle temporal e espacial da atividade genética durante o desenvolvimento dos organismos”. Assim, o termo “epigenética” pode ser usado para descrever quaisquer fatores internos que influenciam o desenvolvimento de um organismo, além da própria sequência de DNA.

O uso moderno da palavra no discurso científico é mais restrito. O prefixo grego epi- na palavra implica fatores que atuam “sobre” ou “além de” fatores genéticos, o que significa que os fatores epigenéticos atuam além ou em adição aos fatores moleculares tradicionais de hereditariedade.

A semelhança com a palavra “genética” deu origem a muitas analogias no uso do termo. "Epigenoma" é análogo ao termo "genoma" e define o estado epigenético geral da célula. A metáfora do “código genético” também foi adaptada, e o termo “código epigenético” é usado para descrever o conjunto de características epigenéticas que criam diversos fenótipos em diferentes células. O termo “epimutação” é amplamente utilizado, referindo-se a uma alteração no epigenoma normal causada por fatores esporádicos, transmitidos ao longo de várias gerações celulares.

Base molecular da epigenética

A base molecular da epigenética é bastante complexa, embora não afete a estrutura do DNA, mas altere a atividade de certos genes. Isto explica porque as células diferenciadas de um organismo multicelular expressam apenas os genes necessários para as suas atividades específicas. Uma característica especial das mudanças epigenéticas é que elas persistem durante a divisão celular. Sabe-se que a maioria das mudanças epigenéticas ocorre apenas durante a vida de um único organismo. Ao mesmo tempo, se ocorrer uma alteração no DNA de um espermatozóide ou óvulo, algumas manifestações epigenéticas podem ser transmitidas de uma geração para outra. Isto levanta a questão: podem as mudanças epigenéticas num organismo realmente alterar a estrutura básica do seu ADN? (Veja Evolução).

No âmbito da epigenética, processos como paramutação, marcador genético, impressão genômica, inativação do cromossomo X, efeito de posição, efeitos maternos, bem como outros mecanismos de regulação da expressão gênica são amplamente estudados.

Os estudos epigenéticos utilizam uma ampla gama de técnicas de biologia molecular, incluindo imunoprecipitação da cromatina (várias modificações de ChIP-on-chip e ChIP-Seq), hibridização in situ, enzimas de restrição sensíveis à metilação, identificação de DNA adenina metiltransferase (DamID) e sequenciamento de bissulfito Além disso, o uso de métodos de bioinformática (epigenética computacional) desempenha um papel cada vez mais importante.

Mecanismos

Metilação do DNA e remodelação da cromatina

Fatores epigenéticos influenciam a atividade de expressão de certos genes em diversos níveis, levando a alterações no fenótipo de uma célula ou organismo. Um dos mecanismos dessa influência é a remodelação da cromatina. A cromatina é um complexo de DNA com proteínas histonas: o DNA é enrolado em proteínas histonas, que são representadas por estruturas esféricas (nucleossomos), resultando em sua compactação no núcleo. A intensidade da expressão gênica depende da densidade de histonas em regiões do genoma expressas ativamente. A remodelação da cromatina é um processo de alteração ativa da “densidade” dos nucleossomos e da afinidade das histonas pelo DNA. Isto é conseguido de duas maneiras descritas abaixo.

Metilação do DNA

O mecanismo epigenético mais bem estudado até o momento é a metilação das bases do DNA da citosina. A pesquisa intensiva sobre o papel da metilação na regulação da expressão genética, inclusive durante o envelhecimento, começou na década de 70 do século passado com o trabalho pioneiro de B. F. Vanyushin e G. D. Berdyshev et al. O processo de metilação do DNA envolve a adição de um grupo metil à citosina como parte de um dinucleotídeo CpG na posição C5 do anel de citosina. A metilação do DNA é característica principalmente de eucariotos. Nos humanos, cerca de 1% do DNA genômico é metilado. Três enzimas chamadas DNA metiltransferases 1, 3a e 3b (DNMT1, DNMT3a e DNMT3b) são responsáveis ​​pelo processo de metilação do DNA. Supõe-se que DNMT3a e DNMT3b são metiltransferases de novo que formam o padrão de metilação do DNA nos estágios iniciais de desenvolvimento, e o DNMT1 realiza a metilação do DNA em estágios posteriores da vida do organismo. A função da metilação é ativar/inativar um gene. Na maioria dos casos, a metilação leva à supressão da atividade genética, especialmente quando as suas regiões promotoras são metiladas, e a desmetilação leva à sua ativação. Foi demonstrado que mesmo pequenas alterações no grau de metilação do DNA podem alterar significativamente o nível de expressão genética.

Modificações de histonas

Embora ocorram modificações de aminoácidos nas histonas em toda a molécula de proteína, modificações nas caudas N ocorrem com muito mais frequência. Essas modificações incluem: fosforilação, ubiquitilação, acetilação, metilação, sumoilação. A acetilação é a modificação das histonas mais estudada. Assim, a acetilação das lisinas da cauda da histona H3 pelas acetiltransferases K14 e K9 correlaciona-se com a atividade transcricional nesta região do cromossomo. Isso ocorre porque a acetilação da lisina altera sua carga positiva para neutra, impossibilitando sua ligação aos grupos fosfato carregados negativamente no DNA. Como resultado, as histonas são separadas do DNA, o que leva ao pouso no DNA “nu” do complexo SWI/SNF e outros fatores de transcrição que desencadeiam a transcrição. Este é um modelo “cis” de regulação epigenética.

As histonas são capazes de manter seu estado modificado e atuar como modelo para a modificação de novas histonas, que se ligam ao DNA após a replicação.

O mecanismo de reprodução de marcas epigenéticas tem sido melhor estudado para metilação do DNA do que para modificações de histonas. Assim, a enzima DNMT1 tem alta afinidade pela 5-metilcitosina. Quando o DNMT1 encontra um “sítio hemimetilado” (um sítio onde a citosina em apenas uma fita de DNA é metilada), ele metila a citosina na segunda fita no mesmo local.

Príons

MicroRNA

Recentemente, muita atenção tem sido atraída para o estudo do papel do pequeno RNA interferente (si-RNA) nos processos de regulação da atividade genética. Os RNAs interferentes podem alterar a estabilidade e a tradução do mRNA, modelando a função do polissoma e a estrutura da cromatina.

Significado

A herança epigenética em células somáticas desempenha um papel crítico no desenvolvimento de um organismo multicelular. O genoma de todas as células é quase o mesmo, ao mesmo tempo, um organismo multicelular contém células diferenciadas de maneiras diferentes que percebem sinais ambientais de maneiras diferentes e desempenham funções diferentes. São os fatores epigenéticos que fornecem “memória celular”.

Medicamento

Tanto os fenômenos genéticos quanto os epigenéticos têm um impacto significativo na saúde humana. Existem várias doenças conhecidas que surgem devido à metilação genética prejudicada, bem como devido à hemizigosidade de um gene sujeito a impressão genômica. Para muitos organismos, foi comprovada uma conexão entre a atividade de acetilação/desacetilação de histonas e a expectativa de vida. Talvez esses mesmos processos afetem a expectativa de vida humana.

Evolução

Embora a epigenética seja considerada principalmente no contexto da memória celular, há também uma série de efeitos epigenéticos transgenerativos nos quais as alterações genéticas são transmitidas aos descendentes. Ao contrário das mutações, as alterações epigenéticas são reversíveis e possivelmente podem ser direcionadas (adaptativas). Como a maioria deles desaparece após algumas gerações, só podem ser adaptações temporárias. A possibilidade de a epigenética influenciar a frequência de mutações num determinado gene também está a ser ativamente discutida. Foi demonstrado que a família APOBEC/AID de proteínas citosina desaminase está envolvida na herança genética e epigenética usando mecanismos moleculares semelhantes. Mais de 100 casos de fenômenos epigenéticos transgenerativos foram encontrados em muitos organismos.

Efeitos epigenéticos em humanos

Impressão genômica e doenças relacionadas

Algumas doenças humanas estão associadas à impressão genómica, um fenómeno em que os mesmos genes têm padrões de metilação diferentes, dependendo do sexo de origem. Os casos mais famosos de doenças associadas ao imprinting são a síndrome de Angelman e a síndrome de Prader-Willi. Ambos são causados ​​por uma deleção parcial na região 15q. Isto se deve à presença de impressão genômica neste locus.

Efeitos epigenéticos transgenerativos

Marcus Pembrey e co-autores descobriram que os netos (mas não as netas) de homens que foram expostos à fome na Suécia no século XIX tinham menos probabilidade de ter doenças cardiovasculares, mas mais probabilidade de ter diabetes, o que o autor sugere ser um exemplo de herança epigenética. .

Câncer e distúrbios do desenvolvimento

Muitas substâncias têm propriedades de carcinógenos epigenéticos: levam ao aumento da incidência de tumores sem apresentar efeito mutagênico (por exemplo: arsenito de dietilestilbestrol, hexaclorobenzeno e compostos de níquel). Muitos teratógenos, em particular o dietilestilbestrol, têm efeitos específicos sobre o feto no nível epigenético.

Alterações na acetilação das histonas e na metilação do DNA levam ao desenvolvimento do câncer de próstata, alterando a atividade de vários genes. A atividade genética no câncer de próstata pode ser influenciada pela dieta e pelo estilo de vida.

Em 2008, os Institutos Nacionais de Saúde dos EUA anunciaram que seriam gastos 190 milhões de dólares em investigação epigenética durante os próximos 5 anos. Segundo alguns dos investigadores que iniciaram o financiamento, a epigenética pode desempenhar um papel mais importante no tratamento de doenças humanas do que a genética.

Epigenoma e envelhecimento

Nos últimos anos, acumulou-se um crescente conjunto de evidências de que os processos epigenéticos desempenham um papel importante na vida adulta. Em particular, ocorrem mudanças generalizadas nos padrões de metilação com o envelhecimento. Supõe-se que esses processos estejam sob controle genético. Normalmente, o maior número de bases metiladas de citosina é observado no DNA isolado de embriões ou animais recém-nascidos, e essa quantidade diminui gradualmente com a idade. Uma diminuição semelhante nos níveis de metilação do DNA foi encontrada em cultura de linfócitos de camundongos, hamsters e humanos. É sistemático, mas pode ser específico de tecidos e genes. Por exemplo, Tra et al. (Tra et al., 2002) ao comparar mais de 2.000 loci em linfócitos T isolados do sangue periférico de recém-nascidos, bem como de pessoas de meia-idade e idosos, descobriu que 23 desses loci sofrem hipermetilação e 6 hipometilação com a idade, e Mudanças semelhantes nos padrões de metilação também foram detectadas em outros tecidos: pâncreas, pulmões e esôfago. Distorções epigenéticas graves foram identificadas em pacientes com progiria de Hutchinson-Gilford.

Supõe-se que a desmetilação com a idade leva a rearranjos cromossômicos através da ativação de elementos genéticos móveis (MGEs), que geralmente são suprimidos pela metilação do DNA (Barbot et al., 2002; Bennett-Baker, 2003). O declínio sistemático dos níveis de metilação relacionado com a idade pode, pelo menos em parte, ser responsável por muitas doenças complexas que não podem ser explicadas usando conceitos genéticos clássicos. Outro processo que ocorre na ontogênese paralelamente à desmetilação e afeta os processos de regulação epigenética é a condensação da cromatina (heterocromatização), levando à diminuição da atividade genética com a idade. Em vários estudos, também foram demonstradas alterações epigenéticas dependentes da idade nas células germinativas; a direção dessas mudanças parece ser específica do gene.

Literatura

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Notas

1. Nova pesquisa liga modificação comum de RNA à obesidade
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The Lancet, uma importante revista médica, publicou um artigo crítico em 2010 sobre transtorno de déficit de atenção e hiperatividade (TDAH) e hereditariedade.

Os autores deste artigo criticaram fortemente o fato de que farmacêuticos e médicos conservadores deliberadamente e deliberadamente falham na comunicação com o paciente quando se trata de um termo como hereditariedade. Dizem às pessoas que esta doença é hereditária e, portanto, incurável. A ideia desta estratégia é desenvolver a dependência terapêutica, o que é muito conveniente para a indústria farmacêutica vender medicamentos.

Graças à epigenética, sabemos que o TDAH é uma doença epigenética. Em outras palavras, o TDAH não é causado por um fator hereditário fatal (erros no DNA), mas por uma interação reversível dos genes com o ambiente. Isto explica o facto de adultos e crianças com TDAH observarem uma rápida melhoria em todos os sintomas quando mudam a sua dieta.

Genética- uma ciência que descreve a hereditariedade com base em erros irreversíveis no registro do DNA.

Epigenéticaé uma ciência que estuda a influência de fatores externos no funcionamento dos genes. A epigenética estuda a essência do problema, principalmente os erros na reprodução (síntese) de proteínas.

Nutrigenômicaé especialista em epigenética e estuda a influência da nutrição na função genética.

A genética e a epigenética têm, portanto, perspectivas diferentes sobre o problema do paciente. Na genética o paciente é “vítima” da sua doença, neste caso só podemos manter a situação “sob controle”. A epigenética se concentra em fatores causais. Isto significa que quando as condições ambientais mudam, o paciente pode recuperar o controle da sua saúde.

Doenças genéticas e epigenéticas

Uma doença genética causada por um defeito em um gene específico é classificada como doença monogenética. Isto significa que a doença é causada por um único gene defeituoso. Um gene é composto de códigos específicos que chamamos de DNA. Erros (mutações) podem ocorrer nesses códigos. Uma dessas mutações pode estar na raiz de uma doença monogenética hereditária.

Ao contrário das doenças genéticas, os distúrbios epigenéticos não são causados ​​por mutações no DNA, mas surgem sob a influência de fatores ambientais, como alimentos, experiências traumáticas, estresse pré-natal e vários produtos químicos. Em termos moleculares, todos esses fatores ambientais podem ativar ou desativar genes específicos. As doenças genéticas (“erros ortográficos” no registo de ADN) ocorrem em 0,5% de todas as doenças hereditárias. As doenças genéticas são geralmente irreversíveis (por exemplo, síndrome de Down).

As doenças epigenéticas são anomalias na função genética nas quais o DNA permanece intacto. A doença epigenética pode ocorrer de duas maneiras.

1. O primeiro método é congênito (no útero ou quando genes prejudiciais são transmitidos pelo pai ou pela mãe).
2. A segunda forma é uma condição adquirida, em que alguém, por exemplo, desenvolve diabetes tipo 2 devido a um estilo de vida pouco saudável. O segundo método refere-se a influências externas - um fator epigenético, por exemplo, uma dieta desequilibrada ou uso de drogas. Esta categoria também inclui a maioria das doenças mentais e crónicas, que são geralmente reversíveis. Depois que uma pessoa restaura a função genética (por exemplo, usando uma dieta adequada), os sintomas desaparecem.

Transtorno de déficit de atenção e hiperatividade (TDAH) - sobre correção do ponto de vista da medicina integrativa.

Materiais educativos para estudo e aplicação na prática:

Transtorno de déficit de atenção e hiperatividade (TDAH) - sobre correção do ponto de vista da medicina integrativa. Detalhes
Ah, essas crianças “inconvenientes”. Detalhes
A saúde das nossas crianças: Autismo, Metais Pesados, Síndrome de Hiperatividade. Detalhes

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O sequenciamento do DNA do genoma humano e dos genomas de muitos organismos modelo gerou considerável entusiasmo na comunidade biomédica e entre o público em geral nos últimos anos. Estes modelos genéticos, que demonstram as regras geralmente aceites da herança mendeliana, estão agora prontamente disponíveis para análise cuidadosa, abrindo a porta a uma maior compreensão da biologia humana e das doenças. Este conhecimento também levanta novas esperanças para novas estratégias de tratamento. No entanto, muitas questões fundamentais permanecem sem resposta. Por exemplo, como ocorre o desenvolvimento normal, dado que cada célula tem a mesma informação genética e ainda assim segue o seu próprio caminho de desenvolvimento específico com elevada precisão temporal e espacial? Como é que uma célula decide quando se dividir e diferenciar e quando manter a sua identidade celular, reagindo e expressando-se de acordo com o seu programa normal de desenvolvimento? Erros que ocorrem nos processos acima podem levar a doenças como o câncer. Esses erros estão codificados em projetos errôneos que herdamos de um ou de ambos os pais, ou existem outras camadas de informações regulatórias que não foram lidas e decodificadas corretamente?

Nos humanos, a informação genética (DNA) está organizada em 23 pares de cromossomos, consistindo em aproximadamente 25.000 genes. Esses cromossomos podem ser comparados a bibliotecas contendo diferentes conjuntos de livros que, juntos, fornecem instruções para o desenvolvimento de um organismo humano inteiro. A sequência de nucleotídeos do DNA do nosso genoma consiste em aproximadamente (3 x 10 elevado a 9) bases, abreviadas nesta sequência pelas quatro letras A, C, G e T, que formam certas palavras (genes), frases, capítulos e livros. Contudo, o que determina exactamente quando e em que ordem estes diferentes livros devem ser lidos permanece longe de ser claro. A resposta a este desafio extraordinário provavelmente reside na compreensão de como os eventos celulares são coordenados durante o desenvolvimento normal e anormal.

Se você somar todos os cromossomos, a molécula de DNA nos eucariotos superiores tem cerca de 2 metros de comprimento e, portanto, deve ser condensada ao máximo - cerca de 10.000 vezes - para caber no núcleo da célula - o compartimento da célula em que está localizado o nosso genoma. material está armazenado. Enrolar o DNA em carretéis de proteínas, chamadas proteínas histonas, fornece uma solução elegante para esse problema de empacotamento e dá origem a um polímero de complexos repetidos de proteína:DNA, conhecido como cromatina. No entanto, no processo de embalar o ADN para melhor caber num espaço limitado, a tarefa torna-se mais complexa - da mesma forma que quando se empilham demasiados livros nas prateleiras da biblioteca: torna-se cada vez mais difícil encontrar e ler o livro de eleição, e assim torna-se necessário um sistema de indexação.

Essa indexação é fornecida pela cromatina como plataforma para organização do genoma. A cromatina não é homogênea em sua estrutura; ele aparece em uma variedade de formas de embalagem, desde uma fibrila de cromatina altamente condensada (conhecida como heterocromatina) até uma forma menos compactada onde os genes são normalmente expressos (conhecida como eucromatina). As alterações podem ser introduzidas no polímero da cromatina subjacente pela inclusão de proteínas histonas incomuns (conhecidas como variantes de histonas), estruturas alteradas da cromatina (conhecidas como remodelação da cromatina) e a adição de marcadores químicos às próprias proteínas histonas (conhecidas como modificações covalentes). . Além disso, a adição de um grupo metila diretamente a uma base citosina (C) no modelo de DNA (conhecida como metilação do DNA) pode criar locais de fixação de proteínas para alterar o estado da cromatina ou influenciar a modificação covalente de histonas residentes.

Dados recentes sugerem que os RNAs não codificantes podem “dirigir” a transição de regiões especializadas do genoma para estados de cromatina mais compactos. Assim, a cromatina deve ser vista como um polímero dinâmico que pode indexar o genoma e amplificar sinais do ambiente, determinando em última análise quais genes devem ser expressos e quais não devem.

Tomadas em conjunto, estas capacidades reguladoras dotam a cromatina de um princípio de organização do genoma conhecido como “epigenética”. Em alguns casos, os padrões de indexação epigenética parecem ser herdados durante a divisão celular, proporcionando assim uma “memória” celular que pode expandir o potencial de informação hereditária contida no código genético (ADN). Assim, no sentido estrito da palavra, a epigenética pode ser definida como alterações na transcrição gênica causadas por modulações da cromatina que não são resultado de alterações na sequência de nucleotídeos do DNA.

Esta revisão introduz conceitos básicos relacionados à cromatina e epigenética, e discute como o controle epigenético pode fornecer pistas para alguns mistérios de longa data - como identidade celular, crescimento tumoral, plasticidade de células-tronco, regeneração e envelhecimento. À medida que os leitores avançam nos capítulos subsequentes, encorajamo-los a observar a ampla gama de modelos experimentais que parecem ter uma base epigenética (não-DNA). Expresso em termos mecanicistas, a compreensão de como a epigenética funciona provavelmente terá implicações importantes e de longo alcance para a biologia e as doenças humanas nesta era “pós-genómica”.

A ciência

E se a sua decisão hoje de comer outro pacote de batatas fritas ou fumar outro cigarro pudesse afetar não apenas a sua saúde, mas também a saúde dos seus filhos? Além disso, e se o seu estilo de vida afetar a saúde dos seus filhos, netos e bisnetos? Acontece que depende muito mais das nossas escolhas cotidianas do que imaginávamos.

A visão tradicional do ADN é que ele se expressa através dos nossos genes, que nos ajudam a sobreviver, reproduzir e desenvolver, e que o ADN é uma constante, estabelecida pela natureza ao longo de muitos milénios. Agora, porém, parece que as condições ambientais, como o stress, a nutrição e o ambiente, influenciam a forma como não só o nosso ADN se comporta, mas também o ADN dos nossos filhos, mesmo que ainda estejam no projecto.

Tudo isso está relacionado a uma ciência relativamente nova chamada epigenética. Abaixo, examinamos cinco das descobertas mais significativas da epigenética e o que elas significam para a nossa saúde.

5. O que o DNA pode fazer é muito mais importante do que sua estrutura

O DNA é uma estrutura importante, porém não é responsável por tudo. Funções de supervisão semelhantes pertencem ao epigenoma. Conforme descrito por John Cloud, o epigenoma toma as rédeas no topo do genoma e diz a cada gene para funcionar ou não através de marcadores epigenéticos. Esta é a base da epigenética, o estudo das mudanças no comportamento dos nossos genes que podem ser transmitidas sem realmente alterar o nosso código genético. Isto significa potencialmente que os nossos corpos podem ter respostas biológicas às condições ambientais que afectam a nossa saúde positiva ou negativamente, sem alterar o nosso ADN.

Por exemplo, Cloud sugere ilustrar a epigenética observando gêmeos que compartilham material genético idêntico. Por que então os gêmeos não sofrem das mesmas doenças, como asma ou transtornos mentais? A epigenética desempenha um papel neste caso? Atualmente, a ciência está ocupada com essas questões. Além disso, os pesquisadores estudam se existem medicamentos ou técnicas que possam ser usadas para melhorar o comportamento genético.

4. Quando se trata de progressão da doença, a epigenética dá o tom

É bom usar o ADN como bode expiatório, mas existem outros factores que aumentam as nossas hipóteses de desenvolver uma doença, incluindo questões ambientais, má nutrição, interacções sociais e exposições ambientais que contribuem para mudanças epigenéticas.

Como observa Sarah Baldauf, epigeneticista, a expressão de mudanças epigenéticas mais tarde na vida pode ser uma causa de doenças relacionadas à idade, como a doença de Alzheimer. “À medida que envelhecemos, os nossos genes também envelhecem, por isso podem simplesmente desligar-se, o que leva à doença”, diz ela. O que isso poderia significar? Os pesquisadores esperam desenvolver medicamentos que manipulem mudanças epigenéticas que nos protejam ou detenham doenças.

Ela continua dando um exemplo do trabalho de uma equipe de pesquisa que descobriu mudanças epigenéticas em camundongos que levaram ao desenvolvimento de lúpus em roedores. No entanto, eles conseguiram curar completamente os ratos criando uma droga que causou alterações epigenéticas.

3. A epigenética está intimamente ligada ao desenvolvimento do cancro

Os cancros foram anteriormente incluídos na lista de doenças potenciais associadas a alterações epigenéticas. Este tópico merece uma discussão mais aprofundada devido à probabilidade de sua estreita ligação com a ciência.

Os pesquisadores estão considerando a possibilidade de que mudanças no epigenoma impulsionem o crescimento do tumor. Há já algum tempo que os especialistas acreditam que o cancro está associado quer a mutações que fazem com que as nossas células deixem de nos proteger, quer à perda dessa protecção à medida que as células se dividem. Isto é verdade, no entanto, há uma terceira razão. Os tumores podem crescer porque células boas com excelentes defesas recebem um sinal epigenético para não fazerem o seu trabalho. Com a ajuda de medicamentos e até mesmo de mudanças no estilo de vida, poderemos no futuro ser capazes de mudar o comportamento epigenético e fazer com que essas células protetoras voltem a funcionar.

Uma recente conferência do Instituto Americano de Pesquisa do Câncer analisou a ligação entre epigenética e câncer. Por exemplo, um dos especialistas, Roderick Dashwood, descreveu um estudo que mostrou que com a ajuda de certos alimentos, como o brócolis, foi possível “desligar” o trabalho de proteínas especiais que se desenvolvem no corpo humano junto com o câncer. e evitar que as células morram naturalmente.

2. O pré-natal é essencial para monitorar as alterações epigenéticas

O que acontece se uma rata grávida for exposta a inseticidas e fungicidas? Isso afetará sua prole? Absolutamente sim. No estudo, ocorreram alterações epigenéticas durante esta exposição que levaram a um aumento na infertilidade masculina ou contribuíram para uma produção muito fraca de espermatozoides. Além disso, estas mudanças epigenéticas persistiram durante as quatro (!) gerações seguintes. Portanto, o pré-natal é fundamental para a saúde dos nossos descendentes e das gerações futuras.

Então, se o pré-natal é importante, existe um período específico da gravidez durante o qual é necessário um acompanhamento especial? Parece tão. Um estudo da Universidade de Columbia associa a subnutrição durante a gravidez a consequências negativas para a saúde ao longo da vida da criança. Contudo, ainda mais intrigante foi o facto de a desnutrição ser especialmente perigosa nas primeiras 10 semanas de gravidez.

1. A epigenética está relacionada não apenas com a ecologia, mas também com as interações sociais

Quando se trata de epigenética, contar quantas vezes por dia você abraça seu bebê ganha um significado totalmente novo. Parece que as mudanças epigenéticas também estão associadas a interações sociais e comportamentais.

Um estudo mostrou que a forma como um rato cuida dos seus filhotes afeta o comportamento futuro dos bebês e seus marcadores epigenéticos. Além disso, a equipe de pesquisadores mostrou que pode compensar a falta de cuidados com o auxílio de medicamentos especiais, alterando assim o background epigenético.

Quanto às pessoas, quando ocorrem situações estressantes em suas vidas, elas também deixam sua marca no comportamento do nosso genoma. Além disso, as mudanças epigenéticas persistem mesmo depois que o hormônio do estresse deixa nosso corpo.

Nas últimas décadas, pesquisas mostraram que mudanças progressivas na informação epigenética acompanham o processo de envelhecimento das células em divisão e não divisão.

Estudos funcionais em organismos tão simples como os humanos e tão complexos como os humanos mostram que as mudanças epigenéticas têm um impacto profundo no processo de envelhecimento. Essas mudanças epigenéticas ocorrem em vários níveis, incluindo uma diminuição no nível de massa das histonas centrais.

Histonas são proteínas que se ligam diretamente ao DNA

Em uma criança, as células de cada tipo são semelhantes. Durante a vida, a informação epigenética muda esporadicamente dependendo de fatores exógenos e endógenos (condições externas). Como resultado do estado anormal da cromatina, vários tipos de alterações no DNA são característicos, incluindo mutações no DNA.

Predisposição biológica ao envelhecimento

O envelhecimento do corpo é um processo biológico multifatorial complexo, comum a todos os organismos vivos. Manifesta-se como um declínio gradual nas funções fisiológicas normais ao longo do tempo. O envelhecimento biológico do corpo é importante para a saúde humana porque a susceptibilidade a muitas doenças aumenta com a idade, incluindo o cancro, distúrbios metabólicos como a diabetes, distúrbios cardiovasculares e doenças neurodegenerativas. Por outro lado, a senescência celular, também chamada de degradação replicativa, é um processo especializado e é considerada um potencial mecanismo antitumoral endógeno no qual potenciais estímulos oncogênicos sofrem crescimento irreversível. A senescência celular tem muitas semelhanças com o processo de envelhecimento, mas também apresenta características distintas. Embora as causas do envelhecimento não sejam bem compreendidas, continuam os esforços para delinear caminhos para a longevidade.

Nos últimos anos, grandes avanços foram feitos em numerosos estudos que revelam eficazmente os sinais celulares e moleculares do envelhecimento. Entre estas características, as alterações epigenéticas estão entre os mecanismos mais importantes de deterioração da função celular observada no envelhecimento e nas doenças relacionadas com a idade.

A epigenética estuda padrões de mudança genética

Por definição, a epigenética é um mecanismo hereditário reversível que ocorre sem qualquer alteração na sequência de ADN subjacente, e também ocorre a reparação do ADN.

Reparo de DNA - a capacidade de reparar danos

Embora os cromossomos do genoma carreguem informações genéticas, o epigenoma responsável pelo uso funcional e estabilidade é o genótipo com o fenótipo – as características gerais. Essas mudanças epigenéticas podem ser espontâneas ou influenciadas por influências externas ou internas. A epigenética fornece potencialmente o elo que faltava para explicar porque é que os padrões de degradação diferem entre dois indivíduos geneticamente idênticos, como gémeos idênticos, ou, no reino animal, entre animais com a mesma composição genética, como as abelhas rainhas e as abelhas operárias.

Estudos de longevidade populacional demonstraram que os factores genéticos podem ser responsáveis ​​por 20 a 30% das diferenças observadas na esperança de vida dos gémeos; a maior parte da variação restante surgiu através de alterações epigenéticas durante as suas vidas – diferentes influências ambientais, incluindo a dieta.

Por exemplo, diferentes alterações diferenciais na informação epigenética armazenada criam contrastes marcantes na aparência, no comportamento reprodutivo e no tempo de vida das abelhas operárias e da abelha rainha, apesar do conteúdo de ADN idêntico.

Assim, a epigenética abre grandes perspectivas para a seleção de intervenções terapêuticas para alterações genéticas atualmente tecnicamente irreversíveis no corpo humano. Assim, definir e compreender a epigenética e as alterações epigenéticas que ocorrem durante o envelhecimento é uma importante área de investigação que poderá abrir caminho para o desenvolvimento de novas abordagens terapêuticas para retardar o envelhecimento e as doenças relacionadas com a idade.

Mudanças epigenéticas durante o envelhecimento

Existem diferentes tipos de informação epigenética codificada em nosso epigenoma, incluindo, mas não se limitando à presença ou ausência de histonas em qualquer sequência específica de DNA.

Estes diferentes tipos de informação epigenética constituem o nosso epigenoma e são determinantes importantes da função e do destino de todas as células e tecidos do corpo, tanto organismos unicelulares como multicelulares. Sem dúvida, cada um destes diferentes tipos de informação epigenética é funcionalmente relevante para o processo de envelhecimento.

Evidências crescentes nos últimos anos também apontam claramente para a estrutura da cromatina, que contém muita informação epigenética, como um ator importante no processo de envelhecimento. A unidade básica da estrutura da cromatina é o núcleo, que consiste em 147 pares de bases de DNA enrolados em histonas. O empacotamento do DNA genômico em uma estrutura de cromatina altamente organizada regula todos os processos genômicos no núcleo, incluindo replicação, transcrição, recombinação e reparo do DNA, controlando o acesso ao DNA.

Cromatina é a substância dos cromossomos

Estudos em humanos e vários modelos de degradação indicam uma perda progressiva de configuração com o envelhecimento da arquitetura cromossômica, da integridade do genoma e da expressão gênica. A pesquisa confirmou que todos esses efeitos são amplamente conservados, desde organismos unicelulares, como leveduras, até organismos multicelulares complexos, como os humanos. Esses mecanismos conservados ajudam a fornecer uma compreensão mais clara do processo de envelhecimento. As mudanças epigenéticas influenciam significativamente o processo de envelhecimento para subsequentes avanços no campo da epigenética e identificação de possíveis direções promissoras.

Redução de histonas durante o envelhecimento

O distúrbio replicativo é acompanhado pela perda de aproximadamente metade das proteínas histonas centrais.

Histonas são proteínas de DNA

A diminuição acentuada nas principais proteínas histonas é devida a uma diminuição na síntese de proteínas histonas. Em humanos, a diminuição da síntese de novas histonas durante a degradação é uma consequência do crescimento de histonas encurtadas, que são ativadas em resposta a danos no DNA, explicando potencialmente o mecanismo de encurtamento dos telômeros ao limitar o número de divisões celulares. Portanto, a perda de histonas centrais pode ser um fenômeno mais generalizado observado com a idade em muitos organismos.

O processo de envelhecimento é sem dúvida complexo. No corpo da vida, as células envelhecidas passam por muitas mudanças e os danos às macromoléculas se acumulam. O fenótipo do envelhecimento se manifesta pela soma de alterações em vários sinais.

As mudanças genéticas e ambientais são claramente importantes para decifrar o efeito de um fator específico no processo de longevidade. Está se tornando mecanicamente aparente que muitos dos fatores que influenciam a expectativa de vida agem principalmente através da modificação do epigenoma. Sem dúvida, as influências epigenéticas nos processos de envelhecimento devem ser incluídas na nossa compreensão atual do envelhecimento.

Envelhecimento celular

Células jovens saudáveis ​​​​mantêm um estado epigenético, que promove a formação de uma estrutura compacta de histonas e a regulação de processos biológicos básicos. No entanto, as células envelhecidas sofrem alterações em todos os aspectos. A natureza reversível dos mecanismos epigenéticos permite que alguns destes fenótipos sejam restaurados ou revertidos para alcançar uma célula mais jovem. Embora algumas alterações moleculares durante o envelhecimento possam ser classificadas como causa do envelhecimento, outras alterações simplesmente acompanham o processo de envelhecimento. Porém, ao caracterizar as causas e consequências da degradação, é necessário analisar cuidadosamente os resultados experimentais, uma vez que a maioria das vias relevantes estão inter-relacionadas.

A combinação contínua de análise funcional e análise molecular em diferentes faixas etárias, em diferentes organismos e em diferentes tipos de tecidos fornecerá toda a informação necessária para compreender este processo básico evolutivamente conservado com o objectivo de desenvolver intervenções terapêuticas para contrariar as complicações induzidas pela idade. Está surgindo um conceito central para o desenvolvimento de drogas epigenéticas ou mesmo de nutrição epigenética.

Assim, as principais questões que dominarão o campo num futuro próximo serão alcançar uma compreensão hierárquica de como a epigenética influencia o processo de envelhecimento e compreender os efeitos a longo prazo das intervenções terapêuticas no epigenoma do indivíduo em envelhecimento, dada a interligação da epigenética. mecanismos.
Várias conclusões importantes emergem destes estudos: a predisposição genética para o envelhecimento é de 20-30% e o resto das nossas vidas é em grande parte determinado pela nutrição e outras influências ambientais.

Os resultados proporcionam uma melhor compreensão dos mecanismos envolvidos no processo de envelhecimento. Dada a natureza reversível da informação epigenética, a investigação destaca o enorme potencial de intervenção terapêutica no envelhecimento e nas doenças relacionadas com a idade, incluindo o cancro.