Alejandro Jiménez Auber nos muestra uno de los mayores desafíos de la genética actual, la epigenética. Este trabajo ha sido creado para la asignatura de Cultura Científica de 1º Bachillerato, durante el curso escolar 2019-2020.

Para tocar correctamente una partitura de música, es necesario conocer la secuencia de notas, pero también se necesitan diferentes marcas que nos indiquen la intensidad, la velocidad y el ritmo de la partitura. En el genoma humano, pasa más o menos lo mismo. Se necesita, por una lado, la secuencia de bases que contiene las instrucciones para sintetizar las proteínas y otros elementos funcionales (las notas de una partitura). Por otro lado, unos mecanismos epigenéticos que regulan cómo y en qué medida deben expresarse los genes (las marcas que indican la intensidad,velocidad… en una partitura).

De este modo, se puede definir la epigenética como el conjunto de mecanismos que regulan la expresión de genes.

Más allá de la genética

Y es que la epigenética, es esencial para explicar ciertos hechos que solo con la genética eran inexplicables. Por ejemplo, si todas las células del cuerpo tienen el mismo ADN, ¿cómo es posible que se especialicen tanto ciertas células? ¿qué hace posible que una neurona y una fibra muscular sean tan diferentes?

Cada célula tiene un programa epigenético diferente, lo que hace que expresen diferentes genes. De esta manera, una neurona necesita expresar los genes relacionados con la emisión y recepción de señales nerviosas.Sin embargo a un adipocito (célula encargada de almacenar grasa) no le sirve de nada tener estos genes.

Pero, ¿cómo consiguen hacer esto las células? Esto es gracias a los mecanismos epigenéticos.

Mecanismos epigenéticos

Cabe destacar, que el epigenoma no es estático, es decir, que cambia a lo largo de los años dependiendo de los factores ambientales o incluso del estado de salud. A continuación, se comentará los principales mecanismos.

Metilación del ADN

La metilación del ADN consiste en añadir un grupo metilo a la base nitrogenada de citosina ( véase imagen 1). El metilo actúa de señal, la cual es reconocida por ciertas enzimas que intervienen en la expresión génica. Normalmente, la metilación se asocia a una represión en la expresión génica.

Metilación del ADN. Epigenética
Imagen 1. Metilación del ADN. Epigenética

Modificación de la cromatina

Si pudiéramos extender todo el ADN de todas las células, llegaría de la Tierra a la Luna 7000 veces, y solo pesaría 0,18 gramos. Clic para tuitear

Pero, ¿cómo son capaces las células de guardar todo el ADN? La respuesta es sencilla, el ADN está enrollado en una serie de proteínas llamadas histonas y la unidad de el ADN enrollado junto con las proteínas se llama cromatina.

Estas histonas, se pueden modificar bioquímicamente y esto puede afectar al grado de compactación del ADN. Con ello, además, se altera la accesibilidad a los genes para toda la maquinaria enzimática que se encarga de la expresión génica. Cuanto más compacto, menos accesible y por el contrario, cuanto menos compacto, hay más espacio para que las proteínas relacionadas con la expresión génica se unan al ADN.

ARN de interferencia

Ciertas moléculas de ARN pueden silenciar la expresión de los genes, uniéndose al ADN e interfiriendo en la transcripción (proceso por el cual se transforma la secuencia de ADN en una proteína). Podemos observar esto en la imagen 2.

Imagen 2. ARN de interferencia como mecanismo epigenético.
Imagen 2. ARN de interferencia como mecanismo epigenético.

Epigenética y medioambiente

Se puede definir el medioambiente como todas las condiciones físico-químicas que afectan a un ser vivo. Entre ellas podemos encontrar la luz, humedad, temperatura…

La epigenética, sirve como puente entre el genoma y el medioambiente. Recientes estudios muestran cómo diversos factores ambientales como el consumo de tabaco o la nutrición pueden afectar al epigenoma (que recordemos  que cambia a lo largo del tiempo).

Por ejemplo, recientes estudios han mostrado que la dieta es capaz de modificar el epigenoma. No solo el tipo de dieta sino que la cantidad de comida podría afectar a la transcripción del ADN. Aunque esto no está del todo claro y todavía es objeto de debate, ciertos estudios han observado que madres que han padecido hambruna durante el embarazo, su hijo presenta niveles inferiores de metilación en el gen que influye en el metabolismo de la insulina. La insulina es la sustancia que sirve para incorporar la glucosa dentro de la célula. Si comparamos con los hermanos, cuyos embarazos no se vieron influidos por hambruna, se perciben diferencias epigenéticas signficativas.

Otro estudio, ha descubierto que una dieta suplementada de L-metilamina afecta a la metilación y expresión de reelina (una proteína esencial para el desarrollo del cerebro). Esto es importante, ya que alteraciones en la expresión de la reelina se asocian con neuropatologías similares a la esquizofrenia.

Epigenética y la edad

Como se ha dicho anteriormente, el epigenoma está en continuo cambio y se ha comprobado que cambia con la edad. Por ejemplo, al comparar la metilación del genoma en recién nacidos, adultos y ancianos, se ha comprobado que a medida que se envejece se va perdiendo metilación en el genoma.

Además, se ha observado que pacientes que presentan progeria, una enfermedad que causa un envejecimiento prematuro, presenta epigenomas de edades mucho más avanzadas a las que les corresponde.

Epigenética y cáncer

Las células cancerígenas, tienen su epigenoma alterado. Estos cambios, pueden dar lugar a que se expresen genes que no deberían hacerlo. Por ejemplo, aquellos relacionados con el crecimiento celular y su reproducción sin control o evitando que se expresen genes necesarios para el metabolismo y los encargados de reparar el ADN.

Como se ha comentado anteriormente, estas modificaciones epigenéticas son reversibles y  se han desarrollado fármacos epigenéticos para tratar el cáncer. Algunos de estos ya han sido aprobados, pero otros siguen siendo objeto de debate.

Conclusión

En conclusión, la epigenética a pesar de ser un campo poco estudiado y que todavía queda un montón de incógnitas por resolver, esta aclarando procesos que antes no tenían una explicación. Además, este nuevo ámbito de estudio está ayudando a encontrar nuevas curas a enfermedades como el cáncer.

En 2002, se terminó el proyecto Genoma Humano, por el cual se descifró todo el genoma del ser humano, tal vez en futuro seamos capaces de descifrar el epigenoma humano y comprender cómo funciona la genética y con ella muchas enfermedades.

Bibliografía

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