La metilación del ADN influye en la replicación y la organización del genoma
ARRIBA: Representación artística del interior de un núcleo ISTOCK.COM, SELVANEGRA
La mayoría de las células cancerosas tienen genomas mucho menos metilados que los de las células normales, pero si esta pérdida de metilación, un proceso epigenético, tiene algún significado funcional para las células ha sido durante mucho tiempo una pregunta sin respuesta. Ahora los investigadores muestran que la pérdida de la metilación del ADN en todo el genoma cambia el momento de la replicación del ADN y altera la forma de la compartimentación tridimensional del ADN, lo que ayuda a dirigir la expresión génica.
El estudio, publicado el 21 de septiembre en Cell Reports, es una disección elegante del impacto de la metilación del ADN en la organización del genoma tridimensional, dice Emma Bell, bioinformática en el Centro de Cáncer Princess Margaret en Toronto que no participó en el trabajo. Es realmente importante mostrar cómo la metilación aberrante del ADN, que es un artefacto común del cáncer, afecta la organización del genoma de orden superior y la replicación del ADN.
Durante los últimos 25 años, Susan Clark y su grupo en Garvan Instituto de Investigación Médica de Australia se han interesado en cómo la epigenética está involucrada en el cáncer. Como la mayoría de las células cancerosas pierden la metilación del ADN a lo largo del genoma, fue sorprendente lo poco que se sabía sobre las consecuencias globales de la hipometilación, explica Clark en un correo electrónico a The Scientist.
La metilación del genoma es una especie de huella dactilar de una célula, y la identidad celular también está guiada por la organización del genoma en compartimentos tridimensionales que ayudan a determinar qué genes se expresan. Clark y sus colegas plantearon la hipótesis de que la metilación del ADN juega un papel en el mantenimiento de esta arquitectura del genoma y, en el nuevo estudio, utilizaron células de cáncer colorrectal para investigar esa hipótesis.
Los investigadores comenzaron con dos versiones de la misma células: una línea celular de cáncer normal y otra con knockouts de dos enzimas ADN metiltransferasa, que copian el patrón de metilación de una cadena de ADN a las cadenas hijas de ADN generadas durante la replicación. Las células que carecían de metiltransferasas de ADN habían reducido los niveles de metilación en todo el genoma. Luego, en células individuales de ambas líneas celulares, mapearon la replicación del ADN en todo el genoma e investigaron la organización tridimensional del genoma.
El equipo encontró que la hipometilación resultó en un cambio en el tiempo de replicación, es decir, cómo temprano o tarde durante la replicación se copió una región. La mayoría de esos cambios fueron moderados: las regiones se replicaron un poco antes o después en genomas que carecían de metilación. Pero más del tres por ciento de los genomas hipometilados se replicaron mucho antes o después que en las células con ADN metiltransferasas intactas.
Es sorprendente que pudieran ver estas diferencias en el tiempo de replicación cuando obtuvieron deshacerse de las metiltransferasas, dice Christine Cucinotta, quien estudia la arquitectura de la cromatina en el Centro de Investigación del Cáncer Fred Hutchinson en Seattle y no participó en el trabajo. El tiempo de replicación, agrega, generalmente es bastante sólido fuera de las transiciones del destino celular.
Estos cambios en el tiempo de replicación también parecen afectar la organización tridimensional de las regiones genómicas, particularmente en los llamados dominios parcialmente metilados, que son lugares que en las células cancerosas regulares tienen niveles más bajos de metilación del ADN. Esta arquitectura del ADN, a su vez, juega un papel en la expresión génica. Por ejemplo, donde la replicación del ADN cambió antes en las células hipometiladas, hubo un cambio hacia estructuras tridimensionales indicativas de una expresión génica más activa, que los investigadores también observaron. Determinaron que la pérdida de precisión en la replicación y los cambios asociados en la compartimentación tridimensional y en la expresión génica afectaron especialmente a los genes relacionados con el cáncer.
Estos hallazgos destacan el papel de la epigenética en la progresión del cáncer que puede ayudar explicar cómo los cánceres pueden volverse más heterogéneos con cada división celular, escribe Clark.
El grupo de Clarks también encontró evidencia que sugiere que la célula puede disminuir el impacto de la metilación reducida hasta cierto punto. En las regiones de las células hipometiladas donde se retrasó la replicación, el equipo encontró un aumento en las franjas de ADN en las que la histona H3 había sido modificada tanto por las marcas de cromatina represivas como por las asociadas con el ADN que es más accesible para la transcripción. Esta nueva capa dual de regulación puede suprimir la interrupción general de la transcripción de genes en los compartimentos, dice Clark a The Scientist
Este trabajo confirma el vínculo propuesto entre la metilación del ADN y la metilación de histonas. , cambios en la transcripción y el tiempo de replicación, dice Susan Gasser, bióloga molecular afiliada a la Universidad de Basilea y al Instituto de Investigación Biomédica Friedrich Miescher en Suiza, que no participó en el estudio. Lo importante no es decir que la metilación del ADN es el detonante de toda la cascada, añade. Creo que vemos que hay un equilibrio de estas cuatro cosas, y que hay regiones del genoma que son hipersensibles a. . . estas fluctuaciones.
Un próximo paso sería una comparación entre células sanas, células precancerosas y células cancerosas, le dice Bell a The Scientist. Lo que tenemos representado aquí es una imagen de cáncer y metilación aberrante del ADN, pero eso no sucede todo al mismo tiempo. Me gustaría ver qué sucede en la metilación del ADN, la organización del genoma tridimensional y el tiempo de replicación del ADN durante el proceso de oncogénesis.