LA MEMORIA EPIGENÉTICA AL MICROSCOPIO
Hasta hace pocos años, se creía que todas las características de los seres humanos y demás organismos eran fruto de la información escrita en sus genes. Sin embargo, desde la finalización del Proyecto Genoma Humano en el año 2003 y gracias a los avances en la investigación de una interesante rama de la genética, la epigenética, esa idea está cambiando.
El concepto hace referencia a cómo se traduce la información contenida en los genes. Un “modo de traducción” que implica que, incluso con la misma información genética (como en el caso de los gemelos), dos individuos puedan expresar esa información de modo distinto.
A su vez, la traducción diferenciada puede conllevar resultados orgánicos distintos en cuestiones como el grado de sensibilidad al dolor, el nivel de riesgo de padecer algunos tipos de cáncer o la posibilidad de sufrir autismo.
Seguimiento de una marca epigenética muy corriente
En términos generales, la epigenética es el conjunto de procesos químicos que modifican la actividad del ADN sin alterar su secuencia. ¿Qué condiciona dichos procesos? Según evidencias recientes, un factor importante es el estrés ambiental.
Además, se ha demostrado que los cambios en la expresión de los genes se transmiten de padres a hijos. Pero si no es a través de la “escritura” de los genes y la información pura y persistente que contienen, ¿cómo se produce esa transmisión?
Un estudio realizado por científicos de la Universidad de California en Santa Cruz arroja algo de luz al respecto. Los investigadores lograron ver bajo el microscopio cómo la memoria epigenética pasa de generación en generación, de célula a célula, durante el desarrollo de los embriones.
La investigación se basó en una modificación epigenética previamente estudiada: la metilación de una proteína que, junto a otras y al ADN, se encuentran en el núcleo de las células eucariotas y constituyen la cromatina o el genoma de dichas células.
La proteína en cuestión se denomina histona H3 y es una de las que hacen posible el empaquetamiento del ADN. La doble hélice del material genético se enrolla para formar esa unidad esencial de la célula que es la cromatina.
Ya se sabía que la metilación de un aminoácido particular presente en la histona H3 (lisina 27) “apaga” o “reprime” algunos genes. Está considerada una huella epigenética que se encuentra en todos los animales multicelulares, desde los seres humanos hasta unos diminutos gusanos redondos llamados C. elegans.
Los científicos usaron a los gusanos para su estudio y observaron este tipo concreto de metilación o marca epigenética, para tratar de averiguar cómo se transmitía entre generaciones y entre células.
Marcas epigenéticas que desaparecen
Para el estudio, crearon gusanos con una mutación genética que elimina la enzima responsable de hacer la marca de metilación y los cruzaron con gusanos corrientes.
Por otra parte, usaron etiquetas fluorescentes para señalar tanto los cromosomas con marca epigenética como los que no la tenían (mutados). Así pudieron seguir su destino con el microscopio desde que se encontraban en óvulos y espermatozoides, hasta que pasaron a las células en división de embriones en crecimiento tras la fertilización.
Al comienzo los embriones fruto de óvulos mutantes (sin marca epigenética) fecundados con espermatozoides normales presentaron seis cromosomas con la metilación corriente (procedentes de los espermatozoides) y seis cromosomas sin marcas epigenéticas o “desnudos” (procedentes de los óvulos).
A medida que los embriones se fueron desarrollando, sus células replicaron sus cromosomas y los dividieron. Se constató entonces que cuando un cromosoma con marca epigenética se replicaba, sus dos cromosomas descendientes también estaban marcados. Pero sin la enzima necesaria para la metilación de las histonas (carencia debida a la manipulación genética realizada en el óvulo), esas marcas epigenéticas se fueron diluyendo progresivamente con cada división celular.
Por tanto, la marca epigenética se fue perdiendo por la ausencia de la enzima: permaneció brillante en el embrión unicelular, menos brillante tras la división celular, y aún menos en el embrión de cuatro células. Cuando el embrión alcanzó entre 24 y 48 células, ya no se distinguía.
Marcas epigenéticas que se mantienen
Posteriormente, los científicos hicieron el experimento inverso: fertilizaron óvulos normales (con la marca epigenética) con esperma mutante (sin marca epigenética).
Normalmente, es en los óvulos -y no en el esperma- donde se encuentra una enzima de metilación llamada PRC2. En ese caso, los embriones derivados de esta segunda fecundación presentaron -como los primeros- seis cromosomas con marca epigenética (de los óvulos) y seis sin marca epigenética (del esperma); pero también contenían la enzima PRC2.
“Cuando observamos los cromosomas a través de las divisiones celulares, comprobamos que los marcados con la mutación epigenética permanecieron marcados, porque la enzima seguía restaurando la marca; pero los cromosomas “desnudos” (sin marca epigenética) también se mantuvieron tal y como estaban, división tras división", explica Susan Strome, una de las autoras del estudio, en un comunicado de la UCSC. Según la investigadora, este punto demuestra que “el patrón de las marcas epigenéticas que se heredan es transmitido a través de múltiples divisiones celulares”.
El hallazgo de la transmisión de la metilación de las histonas en el gusano C. elegans supone importantes implicaciones en otros organismos, porque todos los animales utilizan la misma enzima para crear la misma marca de metilación (*), como señal para la represión de genes. También porque, según Strome, dado que “la herencia epigenética transgeneracional no es un campo resuelto”, ahora contamos con “un ejemplo específico de memoria epigenética transmitida, que podemos ver al microscopio”.
La comprensión de cómo funciona y se hereda la epigenética es crucial, porque el código epigenético de los organismos puede evolucionar más rápido que el genético e influir fuertemente en los rasgos biológicos mediante mecanismos aún poco conocidos.
Algunos especialistas han señalado que es posible que los seres humanos tenemos un mecanismo epigenético activo que, además de controlar nuestras características biológicas, pase a la descendencia.
(*) La metilación del ADN es un proceso epigenético que participa en la regulación de la expresión génica de dos maneras: directamente al impedir la unión de factores de transcripción e indirectamente propiciando la estructura "cerrada" de la cromatina.
De la genética a la epigenética
La transición del estudio genético clásico al epigenético, que tiene en cuenta las múltiples influencias externas en nuestro ADN, motivará importantes consecuencias prácticas.
Si establecemos una comparación entre las concepciones de la genética y las de la epigenética podemos comprobar cómo, frente al reduccionismo y las limitaciones de la primera, se abre un amplio abanico de posibilidades que provocará cambios notables en nuestra forma de vivir.
La genética y las tecnologías desarrolladas a partir de sus supuestos
tienden a tratar a los seres vivos como inertes, es decir, como meros desarrolladores de un plan exterior (el de los genes que proceden de los padres). En cambio la epigenética estudia cómo los seres vivos que tratan de sobrevivir en su entorno, actualizan la información recibida en un proceso dinámico a lo largo de su existencia.
La epigenética demuestra que los genes están condicionados por su entorno bioquímico y que sabemos muy poco acerca del funcionamiento celular. Por tanto, tampoco sabemos cómo responden las células a la introducción de nuevos genes mediante ingeniería genética. No está claro que un gen encargado de producir una proteína antibiótica en una bacteria realice la misma tarea al ser introducido en una planta, donde su entorno es completamente diferente.
El conocimiento de los fenómenos epigenéticos puede revelar que ciertos procedimientos médicos que hasta ahora se consideraban seguros, en la práctica no lo son tanto. Por ejemplo, el proceso de fertilización in vitro puede alterar los genes que se van a expresar (o no) en el recién nacido a lo largo de su vida. Ahí puede encontrarse, por ejemplo, la causa del raro síndrome de Beck-with-Wedemann: pues lo sufren cuatro veces más los niños concebidos por fertilización in vitro (muy posiblemente lo padezcan también sus hijos y nietos). Por otro lado, pocas dolencias pueden explicarse según el modelo de un gen. La mayoría de las enfermedades tienen causas multifactoriales: influyen varios genes que interactúan entre sí y los elementos que forman el entorno celular (nutrientes, hormonas).
La importancia de la alimentación en la epigenética
La alimentación es tan importante que si una persona está predispuesta genéticamente a desarrollar cierta enfermedad y realiza cambios adecuados en la dieta, estos actuarán de manera epigenética positiva evitando o atenuando dicha enfermedad. De igual modo, si la dieta es inapropiada, la influencia epigenética negativa actuaría desencadenando o agravando la enfermedad.
La importancia de los marcadores epigenéticos quedó demostrada en el caso de la clonación de la oveja Dolly. No se logró el resultado esperado debido a que las células utilizadas para la clonación presentaban demasiadas marcas epigenéticas porque eran células viejas. De manera que Dolly heredó de su madre las alteraciones epigenéticas, que se manifestaron en ella a una edad demasiado temprana.