Tag Archives: Epigenoma

26
enero

Control de la expresión génica (I)

Factores externos influyen en la expresión de los genes de nuestro genoma (Fuente: Imagen Google)

El hecho de que todas las células posean la totalidad del genoma de un ser vivo, no quiere decir que sus genes se expresen por igual en ellas, ya que cada tipo celular tiene una fisiología propia y específica correspondiente al tejido y órgano al que pertenece y por eso existen una serie de mecanismos que facilitan o reprimen la expresión de los genes. Esto supone que la expresión de los genes es diferencial: unos se expresan en unas células que en otras no se expresan y al revés. Es cierto, sin embargo, que determinados genes; los genes denominados constitutivos, -aquellos necesarios para las funciones básicas y comunes a todas ellas- se expresan igualmente en todas.

Estos mecanismos actúan en diferentes fases del proceso de expresión y, algunos de ellos pueden estar influídos por factores externos: alimentación, contaminación, hábitos de vida, etc. . Los mecanismos celulares de la expresión génica los podemos considerar como previos, simultáneos y posteriores que se corresponden respectivamente con los 3 post con los que desarrollamos este tema.

Existen diferentes mecanismos que explican esta expresión diferencial  y, posiblemente, la investigación encontrará más o matizará con mayor profundidad  la acción de los que ya se conocen. En este artículo vamos a centrarnos en los mecanismos epigenéticos.Podemos considerarlos como mecanismos que actúan antes de la puesta en marcha de la expresión de los genes.

La epigenética estudia el conjunto de factores -muchos de ellos externos- que, sin alterar las secuencias del ADN, regulan la expresión de sus genes.

En primer lugar tenemos los factores epigenéticos que podemos definir como estructurales. Tienen que ver con la estructura del ADN, más concretamente, con la disposición espacial del mismo en el núcleo celular que impiden que determinadas secuencias del genoma sean inaccesibles para la maquinaria de transcripción y consecuentemente los genes contenidos en esas secuencias no pueden expresarse. Parece ser que la cromatina (ADN +nucleosomas), se encuentra organizada de diferente modo en el núcleo de cada tipo celular, muy “apelotonada” en unos tramos y más suelta en otros. Los tramos apelotonados constituiría lo que denominamos heterocromatina y los genes que contuviera serían inaccesibles a su transcripción. Las secuencias más o menos apelotonadas no tiene que corresponderse con la totalidad del ADN de un cromosoma. Determinados tramos, no necesariamente continuos, de un cromosoma concreto serían accesibles y otros no, ya que la estructura cromatínica puede perfectamente doblarse y plegarse en todas direcciones .

Sería la eucromatina, más suelta y accesible la que podría transcribir los genes contenidos en ella. Es posible que este primer control estructural de la expresión génica esté determinado por factores del entorno celular, siendo  la comunicación química intercelular quien lo determine en gran medida.

Un segundo nivel estructural sería la acetilación de las histonas, componentes de los nucleosomas en los que se enrolla el ADN en primera instancia, formando la estructura de la cromatina. Los nucleosomas acetilados hacen que las uniones entre histonas y ADN para el enrollamiento del ADN en ellos se debiliten y, de este modo el ADN pueda desenrollarse con más facilidad quedando accesible para que pueda realizarse su transcripción. Los nucleosomas desacetilados impiden la expresión de los genes, al estar  la fibra de ADN más firmemente enrollada  en el nucleosoma y no poder desplegarse.

Las células adultas poseen un patrón de acetilación específico -según tejido- que las especializa;  y, si todavía pueden dividirse por mitosis, deshacen este patrón para replicar el ADN y lo vuelven a reproducir en las células hijas, sin que sepamos, por el momento, el mecanismo que produce ese recuerdo. Muy posiblemente este mecanismo esté relacionado con la potencialidad celular de los diferentes tipos de células madre (células troncales), y, por lo que sabemos,  posiblemente sean algunos genes de su propio ADN los encargados de poner en funcionamiento este mecanismo de acetilación-desacetilación de histonas.

También en los nucleosomas se puede producir la metilación de Histonas. Está estudiado el caso de la metilación de las Lisinas 4, 17 y 36 de la Histona 3 del nucleosoma que activa la transcripción, y la metilación de las lisinas 9 y 27 la reprimen. Además se ha observado otras modificaciones en las histonas menos frecuentes con papel  no tan claramente definido.

Otro de los factores epigenéticos que afectan a la expresión de los genes es la metilación del propio ADN, concretamente la metilación de su base Citosina (en el carbono 5 de su anillo pirimidínico; convirtiéndose en 5-Metil Citosina).Las metilaciones producen 2 efectos: por un lado impiden la unión de factores de transcripción en las secuencias promotoras, anulando la transcripción; y por otro lado, cuando se producen en regiones CpG (tramos de ADN donde  el  par G-C es muy abundante), el ADN adopta una conformación tridimensional cerrada (herterocromatina) que anula su acceso para realizar la transcripción. Los tramos hipometilados de ADN se transcriben y los hipermetilados, no. Los tramos metilados de ADN obedecen a un patrón de metilación según el tipo celular. Si ésta se divide, se desmetilan para la replicación , pero vuelven de nuevo a metilarse según el patrón heredado, generando células clonales de patrón de metilación. Cuando, por cualquier circunstancia, se produce una desmetilación en ese patrón, dichas células entran en un proceso neoplásico que resulta proporcional a la gravedad de la enfermedad que producen.

 

Posted in Artículos, DNA Didactic, Para estudiantes BACH | Tagged , , , , , | Leave a comment
4
abril

¿El Epigenoma, corresponsable de la Evolución?

Se conoce como epigenoma a cualquier tipo de modificación que se produce en la molécula de ADN del genoma  siempre que no se altere la secuencia de la misma.

La Epigenética estudia dichos cambios y, además, los efectos que se producen en la expresión de los genes afectados por ellos.

La naturaleza de los cambios epigenéticos es variable. En ocasiones son cambios puramente físicos o estructurales, como por ejemplo, los que afectan a la disposición tridimensional de las largas moléculas de la cromatina en el nucleo interfásico que últimamente han sido objeto de diversos estudios. En ellos se demuestra que la disposición de las regiones de los diversos fragmentos de la cromatina de los diferentes cromosomas, no es arbitraria. Sino que se cree que obedecen a criterios de funcionalidad según el tipo de célula de cada organismo. Así, se provoca la accesibilidad o inaccesibilidad de determinados genes a las regiones nucleares donde se produce la transcripción.

En otras ocasiones los cambios son químicos (metilaciones, acetilaciones,..) que pueden afectar a las proteínas que componen los nucleosomas (estructuras proteicas donde se enrolla el ADN) o también a determinadas bases de algunos nucleótidos componentes del ADN. Dichas acciones químicas impedirían o permitirían por una parte que el ADN quedara libre para ser transcrito o que el propio ADN no pudiera transcribirse por encontrarse inhabilitado . Esos cambios, por otra parte no sólo pueden afectar a regiones  del genoma codificante sino también a otras regiones no codificantes que actúan como regiones reguladoras, en el amplio sentido, de la expresión genética.

El epigenoma ciertamente tiene mucho que ver en la expresión de los genes y complica tremendamente describir  los mecanismos implicados en la expresión génica y las causas de esa regulación.

Una investigación llevada a cabo por científicos españoles y franceses cuyo resumen se ha publicado en el nº 187  de la revista SEBBM , que lleva por títul  La aparición de apéndices en vertebrados fue posible por un cambio en la organización 3D del genoma”, nos sugiere, asimismo, que también los cambios epigenéticos podrían ser  causa de los cambios evolutivos, y no sólo los cambios genéticos como se había pensado hasta ahora.

Dicho estudio se basa en la familia multigénica de genes HOX responsables de la organización de la anatomía animal que determina el eje cabeza-cola en la disposición del cuerpo de los animales y que, además también se encuentran presentes en los vertebrados, implicandolos también en la formación de las extremidades. Los genes HOX son una familia de genes que se encuentran bastante bien conservados en todo el reino. Es decir, con diferencias poco significativas entre ellos en las diferentes clases de animales. Lo que nos asombra y nos da mucho que pensar.

 

Posted in Artículos | Tagged , , , , , , , , , , , , | 1 Comment
6
mayo

La envoltura del ADN: epigenoma

Para comprender qué entendemos por Epigenoma, podemos imaginarnos el genoma como un hilo eléctrico, en que el filamento de cobre (ADN) se encuentra recubierto por una envoltura plástica aislante (Epigenoma). Es una envoltura discontinua; no recubre todos los tramos y su tamaño en cada tramo es diferente. Hay tramos aislantes largos, medianos y cortos (se denominan marcas epigenéticas). El genoma posee unas secciones con envoltura y otros que carecen de ella.

Representación simbólica del ADN - epigenoma

En aquellas que carecen de envoltura, la electricidad está activa (no se puede tocar puesto que “da corriente”), el genoma actúa: los genes se expresan. Y la electricidad no se transmite (genes inactivos) en los tramos donde la envoltura está presente.

Representación esquemática del ADN con marcas epigenéticas - DNA didactic ®

Representación esquemática del ADN con marcas epigenéticas  –  DNA didactic ®

En el caso del genoma, la envoltura se produce por la acción de unos “añadidos químicos” que afectan tanto a determinados componentes químicos del ADN (metilaciones en citosinas), como a la disposición estructural del filamento de ADN (a los nucleosomas que lo acompañan: éstos pueden acetilarse, fosforilarse y sufrir otras acciones químicas en las histonas de que están compuestos). En ambos casos la secuencia de ADN sigue siendo la misma (el genoma no varía), pero sí su actividad. La actividad de los genes, por tanto, se encuentra condicionada por su envoltura.

Se trata de un mecanismo natural de regulación de la actividad de los genes que, en ocasiones (si la envoltura no está en las posiciones que debe) afectan negativamente al individuo provocando enfermedades, incluidas también las neurológicas.

>> Para más información sobre epigenética y enfermedades neurológicas, haz click en este enlace

Los tramos con o sin envoltura pueden modificarse con mayor o menor facilidad: pueden suprimirse, reducirse, ampliarse, formarse otros, cambiar de posición… por alguna acción química –al igual que su formación– que,  normalmente,  se encuentra influída y determinada  por el contexto químico intra ó extra celular. Incluso  sucesos y acontecimientos significativos,  generan marcas epigenéticas de memoria en el genoma de las neuronas que podrían, asímismo,  modificarse.

>> Para una información más detallada sobre modificación de memoria te recomendamos el siguiente enlace: click aquí

El epigenoma añade, pues, un plus de complicación a la actividad de la expresión del ADN del genoma ya que, hasta hace pocos años, pensábamos que dicha actividad genética era competencia exclusiva del genoma.

El epigenoma explica ahora algunos de los enigmas que, hasta ese momento, intrigaban a los genetistas.

Es el caso de  los procesos de diferenciación celular. ¿Cómo dos células -una célula nerviosa y una célula epitelial de un mismo individuo, por ejemplo-  con el mismo ADN pueden ser y hacer cosas tan diferentes?

El epigenoma explica también cómo hermanos gemelos monovitelinos (mismo genoma) sufran  diferentes enfermedades, causadas por diferencias en su estilo de vida.

>> Aquí compartimos este artículo que aborda el tema con mayor profundidad.

También explica la existencia de enfermedades de las que se sospechaba base genética en su origen (mutaciones en el ADN), que nunca fueron encontradas y, también, en muchas otras.

Explica, asimismo, la influencia del “ambiente” en la variabilidad de la expresión genética. La significativa frase extraída de un titular periodístico: <<El ambiente escribe sobre el gen>>, expresa claramente dicha influencia.

El epigenoma, además y desde otro punto de vista, vuelve a reabrir el antiguo debate que se creía totalmente superado entre Lamarckismo y Darwinismo; puesto que se ha comprobado experimentalmente que algunas de las modificaciones epigenéticas del ADN pueden ser muy persistentes y transmitirse entre generaciones.

>> La epigenética reivindica a Lamarck en el siguiente enlace

Otras, sin embargo, pueden ser modificadas  con relativa facilidad. Así, por ejemplo, los embriones tempranos “personalizan” muchas  modificaciones epigenéticas, heredadas  del ADN del óvulo y del espermatozoide, cambiándolas “a su gusto”.

El epigenoma abre así un nuevo campo de  conocimiento, al menos para tenerlo en cuenta en el ámbito de la enseñanza media y en el del conocimiento científico popular. Y, más aún, cuando todavía no se ha  profundizado suficientemente en el anterior: el del genoma. Vamos atrasados, aunque se avanza.

dna_ladder

Genoma y epigenoma. Genómica y Epigenómica… “El Yo y sus circunstancias”, que diría el filósofo.

 

La revista digital  que edita la Sociedad Española de Bioquímica y Biología Molecular (SEBBM) en su número de Marzo de 2014 ha dedicado sus contenidos monográficos al tema Epigenético.

Posted in Artículos | Tagged , , , , , , , , , , , | Leave a comment