21 noviembre 2016

Epigenética: guía para principiantes

Por Cath Ennis

La palabra '' epigenética está en todas partes estos días, desde publicaciones académicas y artículos de divulgación científica hasta anuncios que promocionan curas milagrosas. Pero, ¿qué es la epigenética, y por qué es tan importante?
DNA methyltransferase 1, from www.enzymlogic.com.
ADN metiltransferasa 1, a partir www.enzymlogic.com. Fotografía: / flickr

La epigenética es uno de los campos más activos de las ciencias de la vida. Es un fenómeno de gran alcance, con efectos de gran alcance en muchos aspectos de la biología, y un enorme potencial en la medicina humana. Como tal, su capacidad para llenar algunas de las lagunas en nuestro conocimiento científico se menciona en todas partes, desde revistas académicas, medios de comunicación, y en algunos de los rincones menos científicamente rigurosos de Internet.
Se ha preguntado ¿por qué los gemelos idénticos no son, en realidad, idénticos? ¡Epigenética!
¿Quiere culpar a sus padres por algo que no parece ser de origen genético?  ¡Epigenética!
Pero, ¿qué es en realidad la epigenética?

Lo basico

La epigenética es esencialmente información adicional en capas en la parte superior de la secuencia de letras (cadenas de moléculas llamadas A, C, G y T) que conforma el ADN. Si se tiene en cuenta una secuencia de ADN como el texto de un manual de instrucciones que explica cómo hacer un cuerpo humano, la epigenética es como si alguien hubiese tomado un paquete de rotuladores y utilizase diferentes colores para marcar diferentes partes del texto de diferentes maneras. Por ejemplo, alguien podría utilizar un rotulador rosado para marcar partes del texto que hay que leer el mayor cuidado, y un rotulador azul para marcar las partes que no son tan importantes. Hay diferentes tipos de marcas epigenéticas, y cada una le informa a las proteínas en la célula cómo procesar aquellas partes del ADN de cierta manera. Por ejemplo, el ADN puede ser etiquetado con pequeñas moléculas llamadas grupos metilo que se pegan a algunas de sus letras C. Otras etiquetas se pueden añadir a las proteínas llamadas histonas que están estrechamente relacionadas con el ADN. Hay otras proteínas que luego buscarán unirse específicamente a estas áreas metiladas y apagarlas, para que los genes en esa región se inactiven. Así pues, la metilación actuaría como un rotulador azul que le dice a la célula "no es necesario saber acerca de esta sección en este momento."
La doble hélice de ADN se encuentra envuelta alrededor de cuatro proteínas histonas, en una estructura llamada nucleosoma.
The DNA double helix wrapped around four histone proteins, in a structure called a nucleosome.
La doble hélice del ADN envuelto alrededor de cuatro proteínas histonas, 
en una estructura llamada nucleosoma. Por Richard Wheeler (Zephyris) 
[CC-BY-SA-3.0]] / Wikimedia Commons

Los grupos metilo y otros marcadores de moleculares pequeñas pueden adherirse a diferentes sitios en las histonas, cada uno con un efecto diferente. Algunas etiquetas en algunos lugares aflojan la unión entre el ADN y la histona, haciendo que el ADN sea más accesible a las proteínas que son responsables de la activación de los genes de la región; esto es como si el rotulador rosado le dijera a la célula "oye, esta parte es importante". Otras etiquetas en otros lugares hacen lo contrario, o atraen a otras proteínas con otras funciones específicas. Hay marcas epigenéticas que se agrupan alrededor de los puntos de inicio de los genes; hay marcas que cubren largos tramos de ADN, y otras que afectan a regiones mucho más cortas; incluso hay modificaciones epigenéticas del ARN, todo un fascinante campo nuevo de investigación que está destinado a crear gran cantidad de proyectos y publicaciones. Hay, sin duda, muchas otras marcas de las que ni siquiera sabemos su existencia.
A pesar de que todas las células de su cuerpo comienzan con la misma secuencia de ADN, el texto tiene diferentes patrones de relieve en diferentes tipos de células - una célula del hígado no tiene porqué seguir las mismas partes del manual de instrucciones que una célula cerebral.
Pero lo realmente interesante de la epigenética es que las marcas no están fijadas en la misma forma en que está la secuencia del ADN: algunas de ellas pueden cambiar a lo largo de su vida, y en respuesta a las influencias externas. Algunas incluso se pueden heredar, tal como pasa cuando fotocopiamos un texto con resaltados y estos  aparecen en la fotocopia.

La epigenética y nuestras experiencias

Cualquier estímulo exterior que puede ser detectado por el cuerpo tiene el potencial de causar modificaciones epigenéticas. Todavía no está claro exactamente qué exposiciones afectan a qué marcadores epigenéticos ni cuáles son los mecanismos y efectos aguas abajo. Hay una serie de ejemplos bastante bien caracterizados hasta ahora, desde productos químicos hasta factores como estilo de vida o experiencias vividas:

El bisfenol A (BPA) es un aditivo en algunos plásticos, que se ha relacionado con el cáncer y otras enfermedades, y ya ha sido eliminado de los productos de consumo en algunos países. El BPA parece ejercer sus efectos a través de una serie de mecanismos, incluyendo la modificación epigenética.

Los efectos beneficiosos de ejercicio se han conocido durante generaciones, pero sus mecanismos no están todavía muy claros. No hay evidencias de cambios involucrados en la configuración de las marcas epigenéticas en el músculo y el tejido graso.

El abuso infantil y otras formas de trauma temprano también parecen afectar los patrones de metilación del ADN, lo que podría ayudar a explicar la mala salud que padecen durante la edad adulta muchas las víctimas de abuso infantil.


Herencia epigenética

Esta es un área donde la excesiva publicidad ha avanzado más rápido y más lejos que la ciencia real. Se han producido algunos de los primeros estudios fascinantes sobre la herencia de las marcas epigenéticas, pero la mayoría de la evidencia más fuerte hasta el momento proviene de investigación realizada en ratones. Ha habido indicios de que algunos de estos hallazgos también se aplican a la herencia humana, pero sólo acaban de empezar a desenredar este fenómeno, por ejemplo:

ü  Sabemos desde hace tiempo que ciertos factores ambientales experimentados por los ratones adultos se pueden transmitir a su descendencia a través de mecanismos epigenéticos. El mejor ejemplo es el gen llamado agouti , que está metilado en ratones normales marrones. Sin embargo, los ratones con un gen agouti no metilado son de color amarillo y además obesos, a pesar de ser en esencia genéticamente idénticos a sus parientes marrones flacos. La alteración de la dieta de la madre embarazada puede modificar la relación de marrón/amarillo de sus descendientes: el ácido fólico produce crías más marrones, mientras que el BPA produce crías más amarillas.

ü   La investigación sobre la herencia epigenética de la conducta adictiva está menos avanzada, pero se ve bastante prometedora. Los estudios en ratas han demostrado recientemente que la exposición al THC (el compuesto activo del cannabis) durante la adolescencia puede hacer que la futura descendencia muestre signos de predisposición a la adicción a la heroína.
ü  Los estudios de seres humanos cuyos antepasados han sobrevivido a través de los períodos de inanición en Suecia y los Países Bajos sugieren que los efectos de la hambruna en la epigenética y la salud pueden pasar a través de al menos tres generaciones. La privación de nutrientes en un ancestro reciente parece preparar el cuerpo para la diabetes y problemas cardiovasculares, una respuesta que pueden haber evolucionado para mitigar los efectos de las futuras hambrunas en la misma zona geográfica.

"Se necesita más investigación"
La investigación epigenética continúa a buen ritmo en los laboratorios de investigación en una deslumbrante variedad de temas. Una dirección interesante es la aplicación de las tecnologías de secuenciación de alto rendimiento para la caracterización de cientos de 'epigenomas' (marcas epigenéticas a través de todo el genoma). El autor de este artículo administra un proyecto que forma parte del Consorcio Internacional Epigenómica Humano (ACEI) y también es miembro de un par de grupos de trabajo del consorcio, así que a diario puede constatar lo rápido que está progresando este campo. El objetivo de IHEC es generar al menos 1.000 epigenomas disponibles públicamente de referencia (patrones de metilación del ADN, seis modificaciones de las histonas, y la activación de genes) de diversos tipos de células normales y enfermas. Estas referencias servirán como línea de base en otros estudios, de la misma manera que el proyecto del genoma humano original sirvió de referencia para que los científicos ahora puedan comparar sus propios resultados para identificar los cambios asociados con enfermedades específicas.

Este es un campo que está garantizado para mantener la generación de titulares y captura el interés del público. La aparente capacidad de la epigenética para llenar algunas bastante diversas lagunas en nuestro conocimiento de la salud humana y las enfermedades, y para proporcionar mecanismos científicos para muchas de nuestras experiencias vividas, hace que sea muy convincente, pero necesitamos tener cuidado de no sobreinterpretar las pruebas que hemos recopilado hasta el momento. Y sin duda tenemos que ser muy escépticos ante cualquier persona que pretenda que conscientemente podemos cambiar nuestros epigenomas de manera específica a través del poder del pensamiento.

There are links to videos and other resources about epigenetics on the IHEC website. There’s also a free Massive Open Online Course (MOOC) in epigenetics offered by the University of Melbourne on the Coursera site; I can’t vouch for the course yet, but it looks good and I’ve signed up for the session that starts on April 28th 2014 so I can vet it for work-related purposes.
Cath Ennis is a Vancouver-based project manager and grant writer in the field of cancer genomics and epigenomics. Help her investigate the epigenetic effects of Twitter: @enniscath.

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