El aprendizaje abre el genoma
ISTOCK, SELVANEGRA Una nueva estrategia bioinformática llamada DEScan ha permitido a los investigadores identificar regiones genómicas que experimentan cambios en la accesibilidad de la cromatina en respuesta al aprendizaje, según un informe publicado en Science Signaling ayer (16 de enero). El examen de las neuronas del hipocampo de ratones antes y después del condicionamiento del miedo reveló cambios generalizados en la conformación de la cromatina, principalmente hacia una estructura más abierta.
“Esta es una investigación fascinante sobre la base epigenética de la plasticidad en el sistema nervioso adulto, ” David Sweatt, un farmacólogo de la Universidad de Vanderbilt que no participó en el trabajo, escribe en un correo electrónico a The Scientist. «El estudio es excepcionalmente completo y utiliza tecnologías de vanguardia para interrogar el genoma completo y evaluar los sitios de plasticidad genética en la formación de la memoria».
Descubrir cómo los mecanismos epigenéticos dentro de las células cerebrales están relacionados con el aprendizaje y la memoria es un tema de gran interés para muchos investigadores, incluida Lucia Peixoto de la Universidad Estatal de Washington. Pero…
Los estudios de asociación genética para el trastorno del espectro autista (TEA) hasta la fecha se han limitado a la porción del genoma que codifica la proteína, que es alrededor del 2 por ciento, dice Peixoto. Hay una necesidad de mirar fuera del exoma, continúa, y la investigación de regiones reguladoras de genes y puntos de cambios epigenéticos en la cromatina parecía un buen lugar para comenzar.
El asiento del aprendizaje y la memoria en el cerebro es el hipocampo. Por lo tanto, Peixoto y sus colegas tomaron muestras de hipocampo de ratones que experimentaron condicionamiento del miedo, así como de animales de control, y prepararon la cromatina para el análisis estructural.
La secuenciación del ADN de estas preparaciones fue luego seguida por evaluaciones DEScan, un marco estadístico para determinar el enriquecimiento diferencial de las regiones de cromatina abierta y compacta entre los animales condicionados y los controles. De las 2365 regiones que mostraron cambios en la accesibilidad después del condicionamiento del miedo, solo 25 se volvieron más compactas mientras que 2340 se volvieron más accesibles.
Esto fue una sorpresa, dice Peixoto, pero en realidad coincide con lo que otras personas han informado. . . actividad neuronal, que consiste en que la activación de las neuronas del hipocampo puede inducir estructuras de cromatina abiertas.
Sus resultados refuerzan la opinión de que el sistema nervioso maduro exhibe una plasticidad significativa, y los epigenomas se regulan dinámicamente en respuesta al aprendizaje, Hongjun Song , un neurocientífico y biólogo celular y del desarrollo de la Universidad de Pensilvania que no participó en el trabajo, escribe en un correo electrónico a The Scientist.
Las estructuras de cromatina abierta generalmente se asocian con más actividad transcripcional, pero el equipo de Peixotos encontró solo un vínculo débil entre el conjunto de loci alterados por el aprendizaje y las diferencias de expresión génica inducidas por el aprendizaje. Sin embargo, los investigadores encontraron un vínculo mucho más fuerte con la producción inducida por el aprendizaje de transcripciones alternativas, las transcripciones no estándar que a veces producen ciertos genes. De acuerdo con esto, los investigadores demostraron que un número desproporcionado de loci alterados por el aprendizaje se superponía con regiones promotoras alternativas de genes, que dirigen la producción de transcritos alternativos. Esto sugiere que los cambios en la conformación de la cromatina durante el aprendizaje podrían impulsar la expresión de productos genéticos alternativos, como proteínas variantes o ARN no codificantes.
Quizás lo más sorprendente es que el equipo encontró un enriquecimiento de más del triple del riesgo conocido de TEA genes en el conjunto de loci alterados por el aprendizaje, lo que respaldaba la hipótesis original de los investigadores: que los fundamentos biológicos del aprendizaje y los TEA están vinculados.
Exactamente cómo podrían influir las regiones del genoma que experimentan cambios de cromatina inducidos por el aprendizaje. ASD es, hasta el momento, desconocido. Sin embargo, los hallazgos sugieren que la regulación epigenética aberrante podría contribuir al TEA, escribe Song.
JN Koberstein et al., La remodelación de la cromatina dependiente del aprendizaje resalta las regiones reguladoras no codificantes vinculadas al autismo, Sci Signal, 11:eaan6500, 2018.
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