Medan en organisms DNA innehåller ritningen för livet, är det regleringen av denna kod som avgör vilka egenskaper som uttrycks. Genuttryck är den process genom vilken en gens DNA transkriberas till RNA och sedan översätts till protein. När externa eller interna signaler förändrar denna process, blir resultatet en epigenetisk förändring.
Epigenetik är studiet av molekylära mekanismer som påverkar genaktivitet utan att förändra den underliggande DNA-sekvensen. De vanligaste epigenetiska processerna involverar att kontrollera geners tillgänglighet till transkriptionsmaskineriet, och därigenom slå på eller av gener. Vissa av dessa modifieringar är reversibla, medan andra kan överföras i generationer via epigenetisk nedärvning.
Alla celler i en kropp delar samma genom, men de utför olika funktioner på grund av cellspecifika epigenetiska mönster. Även identiska tvillingar – som har identiskt DNA – kan uppvisa subtila skillnader i utseende och beteende på grund av epigenetisk variation. Faktorer som formar dessa mönster inkluderar hormoner, tillväxtfaktorer, neurotransmittorer, transkriptionsfaktorer, kemiska signaler och miljöstimuli.
DNA lindas runt histonproteiner för att bilda kromatin. Kemiska förändringar av histoner förändrar tätheten i denna lindning, vilket påverkar om transkriptionsfaktorer kan komma åt DNA:t:
DNA-metyltransferaser lägger till metylgrupper till cytosinbaser, speciellt i promotorregioner. Dessa metylmärken blockerar transkriptionsfaktorer från att binda, vilket effektivt tystar genen. Under celldelning kopieras många metyleringsmönster troget, vilket gör att epigenetiska egenskaper kan ärvas även om DNA-sekvensen förblir oförändrad. Miljöfaktorer som kost, stress, föroreningar och strålning kan förändra dessa metyleringsmönster, med potentiella transgenerationella effekter.
Utöver DNA och histoner stör icke-kodande RNA (ncRNA) såsom mikroRNA och små interfererande RNA (siRNA) transkription och translation, vilket finjusterar genuttryck. Dessa ncRNA fungerar som ett ytterligare lager av epigenetisk kontroll.
Avvikande epigenetiska förändringar kan leda till sjukdomar. Till exempel kan hypermetylering av tumörsuppressorgener i kombination med hypometylering av onkogener leda till okontrollerad celltillväxt. En landmärke 1983 studie av Feinberg och Vogelstein visade att kolorektal cancerpatienter uppvisar sådana metyleringsmönster. Vid Fragilt X-syndrom har läkemedel som hämmar det överaktiva BRD4-proteinet – som frisätts när en viktig regulatorisk gen tystas – visat terapeutiskt lovande.
Epigenetiska mekanismer påverkar också beteendet. En McGill-studie från 1988 fann att mödravård hos råttor modifierade DNA-metylering i ungarnas hjärnor, vilket gav lugnare vuxna. Mänskliga studier av svältexponering under graviditet i Nederländerna (1944-1945) visade ökad fetma och risk för hjärtsjukdom hos avkommor på grund av minskad metylering av tillväxtfaktorgener. Andra intergenerationella effekter inkluderar:
Epigenetik överbryggar klyftan mellan vår genetiska kod och den dynamiska miljö vi lever i. Genom att modulera genuttryck genom DNA-metylering, histonmodifiering och RNA-interferens hjälper epigenetiska processer till att förklara varför identiska genom kan producera olika fenotyper och hur föräldrarnas erfarenheter kan påverka hälsan och beteendet hos deras ättlingar.
