Histonas hereditarias

C. elegans células que muestran el etiquetado H3K27meLAURA GAYDOSDespués de la replicación y división del ADN, las células generalmente recuerdan cuáles de sus genes deberían estar activos y cuáles reprimidos, pero ¿cómo? Un estudio en gusanos publicado hoy (18 de septiembre) en Science revela que parte del mecanismo consiste en repartir histonas modificadas (etiquetas moleculares que etiquetan genes activos o reprimidos) entre los cromosomas hijos en la replicación. Investigadores de la Universidad de California, Santa Cruz y la Universidad de Indiana, Bloomington, encontraron que aunque las etiquetas en cada cromosoma se reducen como resultado de la división, el reclutamiento posterior de enzimas modificadoras de histonas restablece la cuota completa de etiquetas, preservando así la memoria de las modificaciones. para la próxima ronda de división.

“Usando su sistema, muestran de manera muy elegante que las histonas modificadas se pueden heredar a través de múltiples rondas de división celular y se pueden transmitir . . . a la próxima generación” dijo Shiv Grewal, investigador de epigenética y cromatina en el…

Las histonas, las proteínas alrededor de las cuales se envuelve el ADN para formar cromatina, pueden modificarse mediante la adición de varios restos. Y se cree que tales modificaciones representan e incluso influyen en la actividad transcripcional de los genes asociados. Aunque la presencia de estas modificaciones en determinadas ubicaciones genómicas se puede heredar de una célula madre a sus hijas, no estaba claro exactamente cómo se restablece este paisaje de modificaciones de histonas después de la replicación del ADN cuando las histonas se expulsan temporalmente del ADN.

Ha habido mucho debate sobre si las modificaciones de las histonas pueden ser hereditarias, dijo Bill Kelly, biólogo de la Universidad de Emory en Atlanta, Georgia, que no participó en el estudio. Cuando replicas el ADN tienes que replicar las histonas. . . y las histonas sintetizadas de novo no tienen marcas puestas allí por transcripción o represión, explicó.

Ha habido dos teorías sobre cómo se pueden recordar los patrones de modificación de histonas, dijo Susan Strome de Santa Cruz, profesora de biología molecular. , biología celular y del desarrollo que dirigió el nuevo estudio. Una teoría sugiere que las modificaciones de las histonas en el cromosoma original de la madre se dividen entre los dos cromosomas hijos y probablemente se diluyen, dijo. Sin embargo, una teoría opuesta sugiere que las modificaciones de las histonas no se transmiten a través de la replicación del ADN. . . [En cambio], la enzima se transmite y restaura las modificaciones en los dos cromosomas hijos.

Afortunadamente, dijo Strome, ella y sus colegas estaban en condiciones de probar directamente esos dos modelos. Su equipo generó óvulos de Caenorhabditis elegans que carecían de una enzima llamada complejo represivo Polycomb 2 (PRC2), una enzima modificadora de histonas que metila la lisina 27 de la histona H3 (H3K27me), una marca asociada con la represión transcripcional. La fusión de estos óvulos de ascáride con esperma de tipo salvaje dio como resultado un embrión unicelular con un juego de cromosomas (paterno) salpicado de marcas H3K27me y otro (materno) que no lo estaba. Debido a que el esperma no puede aportar PRC2 por sí mismo, los embriones carecían por completo de la enzima, lo que permitió a Strome y sus colegas visualizar claramente el destino de las marcas H3K27me existentes.

Con cada división celular, las marcas H3K27me se volvieron más tenues hasta que, aproximadamente la etapa de 48 células, estaban por debajo de la detección del microscopio, dijo Strome. Pero, lo que es más importante, lo que los investigadores pudieron ver fue que las modificaciones de histonas se transmiten de hecho a los cromosomas hijos, los cromosomas derivados de los cromosomas espermáticos iniciales, y los cromosomas de los ovocitos, que para empezar no tenían la marca, no la adquieren, agregó.

A continuación, el equipo realizó un experimento inverso en el que los cromosomas masculinos no estaban marcados y los ovocitos contenían tanto las marcas H3K27me como PRC2. Esta vez la señal no se atenuó con cada división, porque PRC2 pudo restablecer la marca. Pero, dijo Strome, lo que realmente nos llamó la atención fue que, incluso con la enzima activa, la marca H3K27me estaba restringida al cromosoma original original. Strome dijo que esta capacidad de recrear marcas solo en sus ubicaciones cromosómicas originales era el sello distintivo de la memoria.

Según Kelly, los resultados sugieren que después de la replicación hay suficiente información allí que puede ser dirigida por el sistema de mantenimientolas enzimas modificadoras de histonas. De hecho, el PRC2 de los mamíferos es capaz tanto de unirse a H3K27me como de crear la marca, explicó Strome.

Los hallazgos tienen implicaciones no solo para la herencia celular de las marcas epigenéticas, sino también para la herencia transgeneracional, que muchos la gente sospecha, dijo Grewal, pero de lo cual no hay mucha evidencia. De hecho, añadió Strome: Estamos empezando a tener una idea molecular de lo que significa pasar información epigenética de padres a hijos, tanto a nivel de organismo como de célula, y nuestro trabajo proporciona una pequeña ventana a eso.

LJ Gaydos et al., H3K27me y PRC2 transmiten una memoria de represión a través de generaciones y durante el desarrollo, Science, 345:1515-18, 2014.

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