Opinión: Ingeniería del epigenoma
WIKIMEDIA; CHRISTOPH BOCK, INSTITUTO MAX PLANCK DE INFORMÁTICA Nuestro deseo de manipular genomas no es nuevo; la cría selectiva, la genética y, más recientemente, la ingeniería genómica han hecho avanzar mucho nuestra comprensión de cómo los genes dan forma a los fenotipos. Sin embargo, los procesos epigenéticos también influyen en cómo las células utilizan la información genética. Al igual que señalar secciones de un libro con etiquetas de colores o Post-Its, la célula pega físicamente etiquetas químicas en el genoma, etiquetando características como genes o elementos reguladores. Hasta la fecha, millones de estas etiquetas, marcas de cromatina, se han perfilado en diferentes tejidos y tipos de células a través de esfuerzos internacionales. Sin embargo, hasta hace poco, no pudimos evaluar la influencia de las marcas individuales en la actividad de los genes porque solo era posible alterar las marcas de cromatina globalmente a través de enfoques mutacionales o inhibición farmacológica. Las tecnologías emergentes para la ingeniería del epigenoma ahora hacen posible interrogar la función de las marcas de cromatina individuales agregándolas o quitándolas de una…
La modificación dirigida se logra fusionando una enzima modificadora de cromatina existente ( o una parte funcional de tal enzima) a un dominio de unión de ADN programable. Aunque los dominios programables de unión al ADN han existido durante algún tiempo, la reciente apropiación del sistema bacteriano CRISPR/Cas de Streptococcus pyogenesha facilitado considerablemente la generación de una proteína objetivo en el laboratorio: la proteína modificadora de la cromatina. la enzima de elección simplemente se fusiona con la proteína Cas9 catalíticamente inactiva (dCas9). Luego, dCas9 se dirige a un locus genómico específico a través de una molécula de ARN sintético separada conocida como ARN guía (ARNg). La secuencia de bases del ARNg determina así la especificidad de unión al ADN de la proteína de fusión. Ya se ha diseñado una gama de modificadores de cromatina de esta manera, lo que permite a los investigadores abordar algunas cuestiones fundamentales relacionadas con las funciones de las marcas de cromatina individuales.
Durante mucho tiempo no ha quedado claro cuál de la gran cantidad de marcas de cromatina catalogadas poseen capacidades reales de regulación de genes. La evidencia hasta la fecha se ha basado principalmente en la correlación estadística de las marcas de cromatina con los niveles de expresión de los genes asociados. Si bien se podría demostrar de manera convincente un papel causal de algunas marcas de cromatina en la regulación transcripcional para algunos loci modelo, hace tiempo que se desconoce si estos hallazgos específicos se extendieron al vasto resto del genoma eucariótico.
Al dirigir la cromatina modificadores a una variedad de sitios en diferentes loci genómicos y midiendo los cambios resultantes en la transcripción de genes candidatos asociados, ahora se han identificado varias marcas de cromatina funcionales. Por ejemplo, la eliminación de la metilación de la lisina4 de la histona H3 en potenciadores y promotores putativos con dCas9-LSD1 da como resultado una regulación a la baja de genes proximales, mientras que la adición de acetilación de histonas usando dCas9-p300 tiene el efecto contrario.
En conjunto, estos estudios pioneros muestran que la manipulación de marcas de cromatina individuales en sitios relevantes puede alterar significativamente los niveles de transcripción y que este efecto depende tanto de la actividad enzimática del modificador de cromatina como de su unión guiada al sitio objetivo. Sin embargo, aún debe establecerse la relevancia biológica de estos esfuerzos de ingeniería. La medición de los cambios en los niveles de proteína o los cambios fenotípicos además de los cambios en los niveles de ARNm, o la comparación de la expresión génica modificada con los niveles fisiológicos de actividad debería garantizar que las marcas de cromatina específicas cambiantes puedan influir en el comportamiento celular.
de modificadores de cromatina objetivo ha dado paso a una nueva era de epigenómica funcional. Anticipamos que pronto será posible diseccionar el efecto de alterar las combinaciones de marcas de cromatina mediante el uso de diferentes plataformas de orientación que pueden funcionar de forma independiente en la misma celda. La facilidad para seleccionar modificadores de la cromatina a través de un mecanismo de unión al ADN basado en ARN permitirá aún más el descubrimiento imparcial de marcas funcionales utilizando enfoques de detección. Muchas marcas potencialmente funcionales podrían así interrogarse en un solo experimento, y solo los sitios donde las modificaciones de la cromatina tienen un impacto significativo no solo en la transcripción, sino también en el fenotipo pueden identificarse de esta manera. Eventualmente, algunos de los hallazgos pueden traducirse en uso terapéutico mediante la adopción de tecnologías de ingeniería epigenética en situaciones in vivo. Ya existen los primeros indicios de que esto puede ser factible, siempre que, por supuesto, los reactivos puedan administrarse en las células de manera eficiente.
Este artículo fue adaptado de un comentario publicado el 19 de junio en Medicina del genoma.
Anna Kferle es estudiante de doctorado en el University College London, donde Stephan Beck, profesor de genómica médica, es su asesor. Stefan H. Stricker es el jefe del grupo de epigenética funcional en la Universidad Ludwig-Maximilian de Múnich, Alemania.
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