Mecanismos epigenéticos para la activación genética específica de los padres decodificados
Resumen gráfico. Crédito: DOI: 10.1016/j.devcel.2021.10.010
Las enfermedades hereditarias, así como los cánceres y las enfermedades cardiovasculares, pueden estar asociadas con un fenómeno conocido como impronta genómica, en el que solo está activo el gen heredado por vía materna o paterna. Un equipo de investigación internacional en el que participan científicos de la Universidad Técnica de Múnich (TUM), el Instituto Max Planck de Genética Molecular (MPIMG) de Berlín y la Universidad de Harvard en Cambridge (EE.UU.) ha investigado ahora los mecanismos responsables de la desactivación de los genes.
Nuestras células contienen toda la información genética de nuestra madre y nuestro padre. De cada uno de ellos heredamos 23 cromosomas que contienen nuestro ADN. Por tanto, en nuestro genoma están presentes dos copias de cada gen y, por regla general, ambas son activas. Esto tiene la ventaja de que las mutaciones defectuosas heredadas de la madre o el padre generalmente son canceladas por la otra copia del gen.
Sin embargo, para alrededor del uno por ciento de nuestros genes, solo el gen heredado del padre o del padre la madre está activa, mientras que la otra está desactivada, fenómeno conocido como impronta genómica.
Enfoque para el tratamiento de enfermedades
«Muchas enfermedades genéticas y epigenéticas están asociadas con la impronta genómica, como Beckwith -Síndrome de Wiedemann, síndrome de Angelman y síndrome de Prader-Willi», explica el Dr. Daniel Andergassen, director del Grupo de Investigación Junior Independiente del Instituto de Farmacología y Toxicología de la TUM. «Si el gen sano y desactivado pudiera reactivarse, teóricamente sería posible compensar las complicaciones causadas por el gen defectuoso activo».
«Pero antes de desarrollar tratamientos futuros, debemos comprender los fundamentos, » dice el Prof. Alexander Meissner, director del MPIMG. «Ha quedado claro en los últimos años que la impronta genómica está mediada por múltiples mecanismos moleculares».
Bloqueo de lectura para el gen
En la impronta genómica, el «empaquetado» de la genética material o el propio ADN se modifica químicamente. En lugar de cambiar la información genética, las modificaciones bloquean la lectura del gen.
«Estos son los llamados mecanismos epigenéticos», dice Andergassen. «El ADN puede verse como el hardware y la epigenética como el software responsable de regular los genes». La regulación genética tiene lugar en cada célula del cuerpo. Todas las células contienen la misma información genética, pero dependiendo del órgano, diferentes genes están activos.
Las tijeras genéticas quitan el ‘interruptor de apagado’
Meissner y Andergassen, quienes al principio del estudio en el que aún realizan la investigación en la Universidad de Harvard (EE. UU.) junto con el Dr. Zachary Smith, usaron ratones para investigar qué mecanismos epigenéticos estaban detrás de la impronta.
Usaron la técnica de biología molecular conocida como CRISPR- Cas9 que funciona como una «tijera genética», removiendo e insertando segmentos de ADN. Los científicos eliminaron los «interruptores de apagado» epigenéticos conocidos y observaron si el gen desactivado se reactivaba. Con este enfoque, pudieron vincular los «interruptores de apagado» epigenéticos más importantes con genes impresos.
Las moléculas de hidrocarburo inactivan los genes
Resulta que la mayoría de los genes están inactivos a través de la metilación del ADN que une moléculas de hidrocarburo al material genético. Otro grupo de genes es silenciado por un conjunto de enzimas conocidas como Polycombs. En la placenta, entra en juego un mecanismo adicional: en este tejido, algunos genes se desactivan modificando químicamente las proteínas que sirven como andamio estructural para el ADN.
La pequeña pero crucial diferencia
Junto con la impronta genómica que desactiva genes individuales, los investigadores investigaron otro fenómeno. En las células femeninas, que a diferencia de las células masculinas tienen dos cromosomas X, un cromosoma se desactiva por completo muy temprano en el desarrollo embrionario. Esto es cierto en casi todos los mamíferos, incluidos los humanos.
«Descubrimos que la enzima PRC2 juega un papel importante en la inactivación del cromosoma X, al menos en la placenta», dice Andergassen. «Una vez que eliminamos esta enzima, el cromosoma X silencioso se reactiva». Los resultados podrían ser significativos para la enfermedad relacionada con el cromosoma X porque la reactivación del gen silencioso podría compensar el mal funcionamiento del gen activo.
En un proyecto de seguimiento en TUM, Andergassen estudiará si las enfermedades cardíacas también podrían estar asociado con la epigenética y especialmente con el cromosoma X inactivo en las mujeres. «Debido a que nuestra epigenética cambia a medida que envejecemos, es concebible que el cromosoma X se vuelva a activar y que la actividad genética duplicada tenga una influencia negativa», dice el investigador.
Con su investigación, el equipo tuvo éxito al proporcionar una descripción general de los mecanismos epigenéticos que mantienen la impronta genómica. «Podemos explicar prácticamente toda la expresión génica específica de los padres con los tres mecanismos epigenéticos conocidos», dice Andergassen. «Sin embargo, sabemos relativamente poco sobre la expresión en la placenta y si es similar en todos los mamíferos. Se necesitarán más estudios para investigar cómo estos procesos influyen en el desarrollo del feto».
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Orden invertido: la dirección de su ADN puede ser tan importante como de qué padre proviene Más información: Daniel Andergassen et al, Diversos mecanismos epigenéticos mantienen las huellas parentales dentro del Linajes embrionarios y extraembrionarios, Developmental Cell (2021). DOI: 10.1016/j.devcel.2021.10.010 Información de la revista: Developmental Cell
Proporcionado por la Universidad Técnica de Munich Cita: Mecanismos epigenéticos para la activación genética específica de los padres decodificados (2022, 12 de enero) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2022-01-epigenetic-mechanisms-parent-specific-genetic-decoded.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.