К эпигенетическим процессам относятся изменения активности (экспрессии) генов, вызванные метилированием или деметилированием ДНК, модификацией гистонов хроматина, которые не сопровождаются изменениями структуры ДНК. Эти процессы играют ключевую роль в развитии.
Выявлено, что они являются крайне чувствительными к факторам окружения, особенно на «сенситивных» стадиях развития, когда клетки организма еще не завершили процесс дифференцировки и специализации.
Во многих исследованиях показано, что основная часть всех эпигенетических событий происходит во время стартовых этапов индивидуального формирования, начиная с переконцептуального периода и до периода грудного вскармливания. Эпигенетические изменения, индуцированные определенными воздействиями (например, стрессами) в раннем онтогенезе, могут воспроизводиться в ряду клеточных поколений в течение длительного времени, иногда даже в течение всей жизни организма. Эпигенетические механизмы также определяют различные аспекты старения, в частности этиологию и патогенез связанных с возрастом болезней, которые являются неотделимой частью процесса «нормального» старения.
Принципиальным в понимании феномена раннего программирования является идея сенситивных периодов формирования - этапов онтогенеза, во время которых действие неблагоприятных факторов способно устойчиво и необратимо воздействовать на строение и особенности функционирования органов и систем. Накопленные знания о критических периодах развития постепенно сформировались в теорию благодаря, прежде всего, работам талантливого советского эмбриолога П.Г. Светлова.
Согласно этой теории, у млекопитающих напряженные периоды совпадают с периодами плацентации и имплантации. Первый напряженный период у человека приходится на конец первой - начало второй недели беременности. Влияние вредных факторов в настоящее время преимущественно приводит к гибели зародыша. Второй период охватывает шестую неделю, когда точно такое же влияние приводит к врожденным порокам, часто несовместимым с жизнью.
Итак, во время критических периодов развития под воздействием условий внешней среды морфологические аномалии развития, которые являются специфическими по времени воздействия, возникают независимо от природы действующего агента. Особенности фетального периода внутриутробного развития характеризуются тем, что влияния факторов окружающей среды в нынешнее время имеют преимущественно модулирующий эффект, вызывая адаптивные изменения в организме, которые готовят его к жизни вне материнского организма.