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Pregunta semántica: ¿marca epigenética en el ADN de una persona?


En un artículo sobre biomarcadores de abuso infantil, el autor se refirió a una "marca epigenética en el ADN de una persona". Es un artículo de divulgación científica, por lo que el lenguaje puede reflejar una combinación de la competencia científica del periodista y su deseo de comunicar temas complejos de manera eficiente a una audiencia no especializada. ¿Es ese un ejemplo de ese lenguaje?

Tenía entendido que cualquier cosa en el ámbito de la "epigenética" le está sucediendo a algo más que al ADN. ¿Es técnicamente correcto referirse a una "marca epigenética en el ADN de una persona"? ¿Lo suficientemente correcto? ¿Solo potencialmente engañoso? Estoy tratando de entender todo el concepto de epigenética.


Podemos restringir su definición de epigenética como cambios hereditarios en el fenotipo de un organismo que ocurren sin un cambio en el secuencia de bases de ADN. Es decir, se permiten cambios en la propia molécula de ADN, siempre que la secuencia de ATCG no se vea afectada.

En este sentido, no estaría mal referirse a una "marca epigenética en el ADN de una persona". Por ejemplo, un mecanismo de la epigenética que cambia directamente la molécula de ADN sería algo así como la metilación del ADN.


Todo depende de tu definición de epigenético. El asumido por @ning, que parece encajar en el caso, es el citado en el artículo de Wikipedia sobre el tema:

"La epigenética es el estudio de fenotipo hereditario cambia eso no implican alteraciones en la secuencia de ADN

La metilación es un cambio en el ADN que no implica alteración en la secuencia del ADN. Para que las observaciones de tales marcas sean epigenéticas, debe demostrarse que también:

  1. Tener un fenotipo. En este caso, la asociación de la metilación con cambios de comportamiento resultantes del abuso infantil no se afirma ni se demuestra.
  2. Sea heredable. Esto tampoco se afirma ni se demuestra en el artículo.

No conozco ninguna circunstancia en el ser humano en la que se hayan cumplido estas tres condiciones.

Epigenética sin herencia

Creo que la confusión y la pseudociencia asociadas con este tema surgen del hecho de que la metilación del ADN puede desempeñar un papel en la diferenciación de las células durante la vida de los organismos superiores, lo que también se ha denominado epigénico. Esto se ha combinado con experimentos sobre la herencia de patrones de metilación en bacterias. Un epifenómeno resultante ha sido un resurgimiento de la credibilidad en el fraude criminal de Trofim Lysenko.


Transmisión paterna de la memoria epigenética a través de los espermatozoides.

Los estudios de poblaciones humanas y modelos animales sugieren que las experiencias de un padre, como la dieta o el estrés ambiental, pueden influir en la salud y el desarrollo de sus descendientes. Sin embargo, la forma en que estos efectos se transmiten de generación en generación sigue siendo un misterio.

El laboratorio de Susan Strome en la Universidad de California en Santa Cruz ha estado haciendo un progreso constante para desentrañar los mecanismos detrás de este fenómeno, utilizando una pequeña lombriz intestinal llamada Caenorhabditis elegans para mostrar cómo las marcas en los cromosomas que afectan la expresión genética, llamadas marcas "epigenéticas", pueden transmitirse de padres a hijos. El artículo más reciente de su equipo, publicado el 17 de octubre en Comunicaciones de la naturaleza, se centra en la transmisión de marcas epigenéticas por C. elegans esperma.

Además de documentar la transmisión de la memoria epigenética por los espermatozoides, el nuevo estudio muestra que la información epigenética entregada por los espermatozoides al embrión es necesaria y suficiente para guiar el desarrollo adecuado de las células germinales en la descendencia (las células germinales dan lugar a óvulos y espermatozoides). ).

"Decidimos mirar C. elegans porque es un modelo tan bueno para hacer preguntas epigenéticas utilizando poderosos enfoques genéticos ", dijo Strome, un distinguido profesor de biología molecular, celular y del desarrollo.

Los cambios epigenéticos no alteran las secuencias de ADN de los genes, sino que implican modificaciones químicas en el ADN mismo o en las proteínas histonas con las que se empaqueta el ADN en los cromosomas. Estas modificaciones influyen en la expresión génica, activando o desactivando genes en diferentes células y en diferentes etapas de desarrollo. La idea de que las modificaciones epigenéticas pueden provocar cambios en la expresión genética que se transmiten de una generación a la siguiente, conocida como "herencia epigenética transgeneracional", es ahora el foco de una intensa investigación científica.

Durante muchos años, se pensó que los espermatozoides no retienen ningún empaquetamiento de histonas y, por lo tanto, no podían transmitir información epigenética basada en histonas a la descendencia. Sin embargo, estudios recientes han demostrado que alrededor del 10 por ciento del empaquetamiento de histonas se retiene tanto en el esperma humano como en el de ratón.

"Además, donde los cromosomas retienen el empaquetamiento de histonas del ADN es en regiones importantes para el desarrollo, por lo que esos hallazgos crearon conciencia sobre la posibilidad de que los espermatozoides puedan transmitir información epigenética importante a los embriones", dijo Strome.

Cuando su laboratorio miró C. elegans esperma, encontraron que el genoma del esperma retiene completamente el empaque de histonas. Otros investigadores habían descubierto que lo mismo ocurre con otro organismo comúnmente estudiado, el pez cebra.

"Al igual que el pez cebra, los gusanos representan una forma extrema de retención de histonas por parte de los espermatozoides, lo que los convierte en un gran sistema para ver si este empaque realmente importa", dijo Strome.

Su laboratorio se centró en una marca epigenética particular (denominada H3K27me3) que ha sido bien establecida como una marca de expresión génica reprimida en una amplia gama de organismos. Los investigadores encontraron que eliminar esta marca de los cromosomas de los espermatozoides hace que la mayoría de la descendencia sea estéril. Habiendo establecido que la marca es importante, querían ver si era suficiente para guiar el desarrollo normal de la línea germinal.

Los investigadores abordaron esto analizando un gusano mutante en el que los cromosomas del esperma y el óvulo se separan en la primera división celular después de la fertilización, de modo que una célula del embrión hereda solo los cromosomas del esperma y la otra célula hereda solo los cromosomas del óvulo (normalmente, cada célula de un embrión hereda los cromosomas tanto del óvulo como del esperma). Este patrón de segregación cromosómica inusual permitió a los investigadores generar gusanos cuya línea germinal heredaba solo los cromosomas de los espermatozoides y, por lo tanto, solo las marcas epigenéticas de los espermatozoides. Esos gusanos resultaron ser fértiles y tener patrones normales de expresión genética.

"Estos hallazgos muestran que el empaquetado del ADN en los espermatozoides es importante, porque la descendencia que no heredaba las marcas epigenéticas normales de los espermatozoides era estéril y es suficiente para el desarrollo normal de la línea germinal", dijo Strome.

Si bien el estudio muestra que la información epigenética transmitida por los espermatozoides es importante para el desarrollo normal, no aborda directamente cómo la experiencia de vida de un padre puede afectar la salud de sus descendientes. El laboratorio de Strome está investigando esta cuestión con experimentos en los que los gusanos se tratan con alcohol o se mueren de hambre antes de reproducirse.

"El objetivo es analizar cómo cambia el empaquetado de la cromatina en el padre", dijo. "Todo lo que se transmite a la descendencia tiene que pasar por las células germinales. Queremos saber qué células experimentan los factores ambientales, cómo transmiten esa información a las células germinales, qué cambios en las células germinales y cómo eso afecta a la descendencia. . "

Al demostrar la importancia de la información epigenética transportada por los espermatozoides, el estudio actual establece que si el entorno experimentado por el padre cambia la epigenética de los cromosomas de los espermatozoides, podría afectar a la descendencia.


Epigenética y Psicología

Todas las características humanas, incluidas las psicológicas, están influenciadas en cierta medida por la genética. Dado que el epigenoma modula los efectos del genoma de un individuo, y debido a que puede ser influenciado por factores externos, naturalmente es un área importante de exploración para quienes buscan comprender cómo toman forma las diferencias individuales, las enfermedades mentales y otros aspectos de la vida cognitiva.

Los genetistas del comportamiento y los epigenéticos del comportamiento son científicos que investigan si los cambios epigenéticos pueden ayudar a explicar la vulnerabilidad a ciertas formas de enfermedad mental. Otra posibilidad que ha recibido atención en los últimos años es que los cambios epigenéticos resultantes de experiencias traumáticas pueden transmitirse de una generación a la siguiente, lo que a veces se denomina transmisión intergeneracional del trauma.

¿Cómo se relaciona la epigenética con la enfermedad mental?

Se ha encontrado evidencia de que las diferencias epigenéticas están asociadas con la enfermedad mental para la depresión, la esquizofrenia, el trastorno bipolar y otras afecciones. Por ejemplo, los participantes de la investigación con depresión han mostrado diferencias, en comparación con aquellos sin depresión, en los niveles de metilación de un gen responsable de la producción de una proteína llamada factor neurotrófico derivado del cerebro o BDNF. (El BDNF juega un papel clave en el desarrollo del sistema nervioso). Queda por determinar si las diferencias epigenéticas como estas son importantes para el desarrollo de estos trastornos mentales, pero en cualquier caso, pueden servir como biomarcadores para las afecciones.

¿Cómo afecta el estrés a la epigenética?

Algunas investigaciones sugieren que el estrés severo temprano en la vida puede resultar en cambios epigenéticos que contribuyen a un aumento duradero de la respuesta fisiológica al estrés. Tal efecto podría reflejar un mecanismo para adaptarse a un entorno amenazador basado en experiencias tempranas. Pero cuando la fuente de estrés, como el maltrato temprano, no continúa indefinidamente, una respuesta de estrés reforzada podría resultar perjudicial a largo plazo. (Los estudios con roedores constituyen gran parte de la investigación sobre la adversidad temprana y la epigenética).

¿Se pueden transmitir a los niños los cambios epigenéticos causados ​​por un trauma?

Algunos científicos proponen que el trauma puede tener un impacto transgeneracional basado en la epigenética. Se plantea la hipótesis de que este legado epigenético del trauma se manifiesta a través del impacto epigenético del trauma materno en un niño en el útero o durante la infancia, pero también a través de la herencia de los cambios epigenéticos de los padres por parte del niño. Sin embargo, la evidencia de la transmisión de los cambios epigenéticos relacionados con el trauma de padres a hijos es todavía muy limitada, y se requiere más investigación para establecer si ocurre y cómo ocurre.

¿Qué es el reloj epigenético?

El reloj epigenético es lo que los investigadores llaman una medida de los cambios epigenéticos que se corresponden con el envejecimiento. El "reloj", que refleja el nivel de metilación del ADN en las células de un individuo, no solo está asociado con la investigación numérica de la edad, sino que también indica que esta medida predice la esperanza de vida. Por lo tanto, estos cambios epigenéticos se consideran un marcador de la edad biológica, o la medida en que los procesos biológicos relacionados con la edad han progresado en el cuerpo de una persona (en lugar de la cantidad de años que uno ha vivido). Los científicos también han identificado otros signos epigenéticos del envejecimiento, incluido el acortamiento de los telómeros, los segmentos de ADN en los extremos de los cromosomas.


Sandwalk

He estado escribiendo algunas cosas sobre epigenética, así que he estado leyendo artículos sobre cómo definir el término [¿Qué diablos es la epigenética? ]. Resulta que no hay una definición universal, pero descubrí que los científicos que escriben sobre epigenética son apasionados creyentes en la epigenética, sin importar cómo se defina. Sorprendentemente (¡no!), Parece haber una correlación entre la creencia en la epigenética y otros conceptos erróneos, como el malentendido clásico del Dogma Central de la Biología Molecular y el rechazo del ADN basura [El Epigenoma Humano Extraordinario]

Aquí hay una ilustración de esta correlación de la introducción a un número especial sobre epigenética en Philosophical Transactions B.

Ganesan, A. (2018) Epigenética: los primeros 25 siglos, Transacciones filosóficas B. 373: 20170067. [doi: 10.1098 / rstb.2017.0067]

La epigenética es una progresión natural de la genética, ya que tiene como objetivo comprender cómo se regulan los genes y otros elementos hereditarios en los organismos eucariotas. Se revisa brevemente la historia de la epigenética, junto con los temas clave en el campo actual. Este número temático reúne una colección diversa de revisiones interdisciplinarias y artículos de investigación que muestran los tremendos avances recientes en biología química epigenética y la investigación traslacional al descubrimiento de fármacos epigenéticos.

Además de los conceptos erróneos, el texto (ver más abajo) enfatiza la naturaleza hereditaria de los fenómenos epigenéticos. Esta idea de heredabilidad parece ser un tema dominante entre los creyentes epigenéticos.

A riesgo de tener un caballo muerto, me gustaría señalar que el autor está equivocado sobre el Dogma Central y está equivocado sobre el ADN basura. Tiene razón sobre la herencia de algunos fenómenos epigenéticos como la metilación del ADN, pero ese hecho se conoce desde hace casi cinco décadas y hasta ahora no ha provocado un cambio de paradigma notable, a menos que me lo perdiera [Restricción, modificación y epigenética].


El abuso infantil deja marcas epigenéticas

Además de dañar el bienestar inmediato del niño, el maltrato y el estrés extremo durante la niñez pueden afectar el desarrollo temprano del cerebro y la función del sistema metabólico e inmunológico, lo que lleva a problemas de salud crónicos. Como consecuencia, los niños maltratados corren un mayor riesgo de padecer una amplia gama de afecciones de salud física que incluyen obesidad, enfermedades cardíacas y cáncer, así como afecciones psiquiátricas como depresión, suicidio, abuso de drogas y alcohol, comportamientos de alto riesgo y violencia.

También son más susceptibles a desarrollar un trastorno de estrés postraumático (TEPT), un trastorno psiquiátrico grave y debilitante relacionado con el estrés, después de experimentar otros tipos de trauma más adelante en la vida.

Parte de la explicación es que el abuso infantil puede dejar marcas, no solo física y emocionalmente, sino también en forma de marcas epigenéticas en los genes de un niño. Aunque estas marcas epigenéticas no causan mutaciones en el ADN en sí, las modificaciones químicas, incluida la metilación del ADN, cambian la expresión génica silenciando (o activando) genes. Esto puede alterar los procesos biológicos fundamentales y afectar negativamente los resultados de salud a lo largo de la vida.

Nueva investigación, publicada en el número del 14 de mayo de 2013 de la Actas de la Academia Nacional de Ciencias, muestra que los pacientes con TEPT que fueron abusados ​​cuando eran niños tienen diferentes patrones de metilación del ADN y expresión génica en comparación con los que no lo fueron.

Investigadores del Instituto Max Planck en Alemania y la Universidad Emory en los Estados Unidos investigaron si el momento del trauma, específicamente el abuso infantil temprano en la vida, tuvo un efecto en la biología subyacente del PTSD a nivel de todo el genoma. Para abordar esta pregunta, los autores examinaron un subconjunto de 169 participantes del Proyecto Grady Trauma, una encuesta de más de 5,000 personas en Atlanta con una alta exposición de por vida a múltiples tipos de trauma, violencia y abuso.

Entre los 169 participantes en el estudio actual, la mayoría eran afroamericanos de entre treinta y cuarenta años, y todos habían sufrido al menos dos tipos de traumas distintos del abuso infantil y siete tipos de traumatismos en promedio. A pesar de la exposición a múltiples traumas, la mayoría (108 personas) no desarrollaron TEPT. Sin embargo, de los 61 que sí lo hicieron, 32 informaron antecedentes de abuso infantil y 29 no.

Para centrarse en el efecto del abuso infantil en el TEPT, los investigadores examinaron los cambios genéticos en las células sanguíneas periféricas de pacientes con TEPT con y sin exposición previa al maltrato infantil. Luego se compararon con el grupo expuesto al trauma que no desarrolló PTSD para descartar cambios asociados con la exposición al trauma solo.

A pesar de compartir algunas vías biológicas comunes, el 98 por ciento de los cambios en los patrones de expresión génica en pacientes con TEPT con abuso infantil no se superponen con los encontrados en pacientes con TEPT sin abuso infantil. Curiosamente, los pacientes con TEPT que experimentaron un abuso significativo cuando eran niños exhibieron más cambios en los genes asociados con el desarrollo del sistema nervioso central y la regulación del sistema inmunológico, mientras que aquellos sin antecedentes de abuso infantil mostraron más cambios en los genes asociados con la muerte celular y la regulación de la tasa de crecimiento.

Además, los investigadores encontraron que las marcas epigenéticas asociadas con cambios en la expresión genética eran hasta 12 veces más altas en pacientes con TEPT con antecedentes de abuso infantil. Esto sugiere que aunque todos los pacientes con PTSD pueden mostrar síntomas similares, los niños maltratados que posteriormente desarrollan PTSD pueden experimentar una forma del trastorno sistemática y biológicamente diferente en comparación con aquellos sin abuso infantil.

Lo que esto significa es que es posible que debamos repensar nuestra clasificación de TEPT y la noción de brindar el mismo tratamiento a todos los pacientes con TEPT, dijo la Dra. Divya Mehta, autora correspondiente en el Instituto de Psiquiatría Max Planck.

"A nivel biológico, estos individuos pueden ser muy distintos, como vemos con la epigenética", explicó el Dr. Mehta. "A medida que avancemos con una medicina más personalizada, tendremos que profundizar un poco más en el entorno y la historia de cada individuo para comprender la biología de su TEPT y determinar el mejor tratamiento para su trastorno".

Aunque actualmente no está claro si las marcas epigenéticas dejadas por el abuso infantil pueden eliminarse o revertirse el daño, este descubrimiento es importante en la búsqueda de biomarcadores con indicaciones clínicas que puedan usarse para identificar diferentes formas de TEPT. Esto ayudará a orientar vías más precisas para la terapia y guiará los tratamientos adaptados específicamente al proceso biológico de cada paciente.

Al comenzar a distinguir los subtipos de PTSD, este estudio destaca la naturaleza multifactorial de los trastornos psiquiátricos desencadenados por una combinación de factores ambientales y genéticos. Como siguiente paso, la Dra. Mehta y su equipo planean estudiar si la edad a la que ocurre el abuso o el tipo de abuso afecta la biología del PTSD.

Dado que incluso los pequeños cambios en las firmas de metilación del ADN en el abuso infantil pueden tener implicaciones a largo plazo para los procesos biológicos fundamentales y la salud, el Dr. Mehta espera que su investigación también aumente la conciencia pública y fortalezca los esfuerzos para proteger a los niños de las consecuencias del abuso y la negligencia infantil.


La ciencia explosiva de la epigenética

El debate “naturaleza versus crianza” se ha estado librando durante miles de años. ¿Son las personas producto de su ADN o de su crianza y medio ambiente? Los escritos tanto de Platón como de Shakespeare discuten esta cuestión. Tan recientemente como el siglo pasado, algunos grandes pensadores todavía se suscribieron a la teoría de la "pizarra en blanco" del filósofo John Locke, que sostenía que cada individuo nace "sin forma" y es moldeado por su entorno y educación. Incluso más recientemente, algunos científicos genéticos argumentaron a favor del determinismo biológico, o la opinión de que todo sobre una persona está predeterminado por su ADN.

Hoy en día, los expertos reconocen que la naturaleza y la crianza, lejos de ser independientes o contrarias, se involucran en un baile complejo. Si bien el ADN tiene mucho que decir, los genes y el entorno de una persona interactúan a lo largo de su vida para producir una serie de resultados. Y la ciencia de la epigenética se encuentra en el corazón de esta interacción.

"La epigenética describe cómo el genoma humano puede adaptarse para hacer frente a los factores ambientales", dice Jian Feng, profesor asistente en el Departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad Estatal de Florida. Específicamente, la epigenética es el estudio de las cosas que cambian la forma en que se expresan los genes, es decir, si están activados o desactivados. Cambiar la expresión genética puede alterar fundamentalmente la actividad de ese gen sin darle una mutación.

Por ejemplo, un estudio de 2018 de la Escuela de Medicina Icahn en Mount Sinai encontró que dar cocaína a los ratones cambió la actividad de los genes en los centros de recompensa del cerebro de los roedores, y estas modificaciones genéticas llevaron a comportamientos similares a la adicción. "El uso de sustancias cambia la expresión genética de maneras que promueven el abuso", dice Feng, resumiendo las conclusiones del estudio. La investigación también ha encontrado evidencia de que los niños abusados ​​experimentan cambios epigenéticos que pueden aumentar su riesgo de obesidad, enfermedades cardíacas, depresión y otras afecciones médicas en el futuro.

“Sabemos que existen todas estas marcas y procesos moleculares alrededor del ADN que regulan cómo funciona el ADN”, dice Michael Skinner, profesor distinguido y director fundador del Centro de Biología Reproductiva de la Universidad Estatal de Washington. Básicamente, estas marcas y procesos moleculares pueden activar y desactivar genes, dice. Como resultado, tienen el potencial de influir en "todas las áreas de la biología".

Skinner dice que cada vez más investigaciones han encontrado que muchas enfermedades tienen firmas epigenéticas superpuestas, lo que significa que ciertos genes se activan o desactivan de manera predecible en las personas que tienen la enfermedad. El mes pasado, un nuevo estudio de la Escuela de Medicina de Harvard informó que las personas con la enfermedad de Alzheimer parecen compartir ciertas características epigenéticas. Esto es muy importante porque, hasta la fecha, la mayor parte de la investigación sobre mutaciones no epigenéticas del ADN no ha logrado encontrar patrones de superposición en personas que desarrollan Alzheimer, cáncer y otras enfermedades.

"Las enfermedades que tiene hoy pueden deberse a la exposición ambiental de sus abuelos".

"Si observamos las poblaciones de enfermedades", dice Skinner, "a menudo vemos que el 90% de las personas con una enfermedad tienen una firma epigenética que se vincula directamente con la enfermedad". Él dice que la investigación sobre el papel de la epigenética en las enfermedades debería generar conocimientos que informen sobre mejores tratamientos. Por ejemplo, conocer las características epigenéticas de ciertas formas de cáncer de mama podría ayudar a los médicos a identificar con mucha mayor precisión a las mujeres candidatas a tratamientos especiales.

Además de las terapias farmacológicas dirigidas, los diagnósticos epigenéticos también podrían orientar a las personas hacia dietas, hábitos de ejercicio u otros cambios en el estilo de vida que tienen más probabilidades de reducir los riesgos de enfermedad.

Si bien una atención médica más inteligente y eficaz es el lado positivo de la investigación epigenética, hay un lado oscuro, aunque controvertido.

Los científicos genéticos han creído durante mucho tiempo que las modificaciones epigenéticas del ADN no son heredables en los humanos, lo que significa que no pueden transmitirse de una generación a la siguiente. Se pensaba que, como un lavado de autos, el ADN se enjuaga de sus detritos epigenéticos acumulados a medida que pasa de padres a hijos. Pero Skinner y algunos otros científicos creen que ciertas adaptaciones epigenéticas pueden transmitirse de una generación a la siguiente, y que la herencia de estos cambios epigenéticos podría ayudar a explicar el aumento de la obesidad, la diabetes y otras enfermedades hasta ahora poco comunes.

Por ejemplo, la investigación de Skinner ha identificado mecanismos epigenéticos a través de los cuales la exposición al insecticida químico DDT cambia la expresión génica de formas que pueden transmitirse de padres a hijos y que pueden contribuir al desarrollo de la obesidad en generaciones sucesivas. "La exposición al DDT no causa obesidad, pero promueve la susceptibilidad a la obesidad", dice. "En la década de 1950, casi todas las mujeres embarazadas en Estados Unidos estaban expuestas al DDT y ahora, tres generaciones después, tenemos una tasa de obesidad del 45%".

Si bien el DDT ahora está prohibido en los Estados Unidos, Skinner dice que el glifosato, uno de los químicos herbicidas más comúnmente utilizados en el país en la actualidad, también se ha relacionado con cambios epigenéticos transgeneracionales que promueven enfermedades. "Entonces, la exposición al glifosato hoy probablemente no nos afectará, pero nuestros nietos pueden tener un riesgo elevado de enfermedades", dice.

No todos los científicos compran la idea de que las adaptaciones epigenéticas son heredables. "La evidencia de la herencia epigenética transgeneracional ... no es (todavía) concluyente", argumentó el autor de una revisión reciente de la investigación en la revista. Comunicaciones de la naturaleza. Resumiendo la opinión de muchos genetistas, escribió: "Por ahora, sigo siendo escéptico".

Pero otros dicen que la evidencia experimental en animales es convincente, si no concluyente. "Si cambia la dieta de una rata hembra, puede ver cambios que se transmiten durante dos generaciones", dice David Nielsen, profesor asociado y director del Laboratorio Toomim de Genética Psiquiátrica de la Facultad de Medicina de Baylor. También hay evidencia de que los nietos de personas que padecen una prolongada escasez de alimentos o hambre pueden ser más susceptibles a las enfermedades metabólicas.

"Las enfermedades que tiene hoy pueden deberse a la exposición ambiental de sus abuelos", dice Skinner. Del mismo modo, las elecciones que una persona hace hoy (los alimentos que come o evita, los medicamentos con los que experimenta) podrían promover cambios epigenéticos que afectan la salud de sus hijos, nietos y generaciones sucesivas. Si bien los científicos todavía están desentrañando y debatiendo el papel de la epigenética en el riesgo heredado, Skinner dice que lo que ya sabemos debería informar las decisiones que tomamos. “Necesitamos ser mucho más conscientes hoy de lo que le hacemos a nuestro cuerpo y nuestro medio ambiente”, dice.


Nuestro genoma cambia a lo largo de la vida y puede explicar muchas enfermedades de 'aparición tardía'

Los investigadores de Johns Hopkins han descubierto que las marcas epigenéticas en el ADN (marcas químicas distintas de la secuencia del ADN) sí cambian a lo largo de la vida de una persona, y que el grado de cambio es similar entre los miembros de la familia. El equipo sugiere que la salud general del genoma es hereditaria y que los cambios epigenéticos que ocurren durante la vida pueden explicar por qué la susceptibilidad a las enfermedades aumenta con la edad.

"Estamos empezando a ver que la epigenética está en el centro de la medicina moderna porque los cambios epigenéticos, a diferencia de la secuencia de ADN que es la misma en todas las células, pueden ocurrir como resultado de la exposición dietética y ambiental", dice Andrew P. Feinberg. MD, MPH, profesor de biología molecular y genética y director del Centro de Epigenética de la Escuela de Medicina Johns Hopkins. "La epigenética muy bien podría desempeñar un papel en enfermedades como la diabetes, el autismo y el cáncer".

Si la epigenética contribuye a tales enfermedades a través de la interacción con el medio ambiente o el envejecimiento, dice Feinberg, las marcas epigenéticas de una persona cambiarían con el tiempo. Así que su equipo se embarcó en una colaboración internacional para ver si eso era cierto. Se enfocaron en la metilación, un tipo particular de marca epigenética, donde los grupos químicos metilo se unen al ADN.

"Los niveles de metilación inapropiados pueden contribuir a la enfermedad; demasiados pueden desactivar los genes necesarios, muy pocos pueden activar los genes en el momento equivocado o en la célula equivocada", dice Vilmundur Gudnason, MD, PhD, profesor de genética cardiovascular en la Universidad de Director de Islandia del Instituto de Investigación y Clínica Preventiva del Corazón de la Asociación Islandesa del Corazón. "Los niveles de metilación pueden variar sutilmente de una persona a otra, por lo que la mejor manera de controlar los cambios significativos es estudiar a los mismos individuos a lo largo del tiempo".

Los investigadores utilizaron muestras de ADN recolectadas de personas involucradas en el Estudio AGES de Reykjavik (anteriormente el Estudio del Corazón de Reykjavik). Dentro del estudio, alrededor de 600 personas proporcionaron muestras de ADN en 1991, y nuevamente entre 2002 y 2005. De estas, el equipo de investigación midió la cantidad total de metilación del ADN en cada una de las 111 muestras y comparó la metilación total del ADN recolectado en 2002 a 2005 con el ADN de esa persona recolectado en 1991.

Descubrieron que en casi un tercio de las personas, la metilación cambió durante ese período de 11 años, pero no todos en la misma dirección. Algunos individuos ganaron metilación total en su ADN, mientras que otros perdieron. "Lo que vimos fue un cambio detectable a lo largo del tiempo, que nos mostró una prueba del principio de que la epigenética de un individuo cambia con la edad", dice M. Daniele Fallin, Ph.D., profesor asociado de epidemiología en la Johns Hopkins Bloomberg School. de Salud Pública. "Lo que todavía no sabíamos era por qué o cómo, pero pensamos 'tal vez esto también sea algo hereditario' y podría explicar por qué ciertas familias son más susceptibles a ciertas enfermedades".

Luego, el equipo midió los cambios totales de metilación en un conjunto diferente de muestras de ADN recolectadas de residentes de Utah de ascendencia europea del norte y occidental. Estas muestras de ADN se recolectaron durante un período de 16 años de 126 individuos de familias de dos y tres generaciones.

Al igual que la población islandesa, los miembros de la familia de Utah también mostraron cambios de metilación variados a lo largo del tiempo. Pero descubrieron que los miembros de la familia tendían a tener el mismo tipo de cambio: si un individuo perdía la metilación con el tiempo, veían una pérdida similar en otros miembros de la familia.

"Todavía no hemos descubierto de manera concreta lo que esto significa para la salud y la enfermedad, pero como epidemiólogo, creo que esto es muy interesante, ya que los cambios epigenéticos podrían ser un vínculo importante entre el medio ambiente, el envejecimiento y el riesgo genético de enfermedad", dice Fallin. .

La investigación fue financiada por los Institutos Nacionales de Salud, la Fundación Sueca del Cáncer, el Parlamento de Islandia, el Centro de Investigación Clínica General Huntsman, la Fundación W. M. Keck, la Fundación George S. y Delores Dor & eacute Eccles, la Fundación Fulbright y el Fondo de Innovación para Estudiantes de Islandia.

La investigación aparece en la edición del 25 de junio de la revista Journal of the American Medical Association. Los autores del artículo son Hans Bjornsson, Martin Sigurdsson, Rafael Irizarry, Hengmi Cui, Wenqiang Yu, Michael Rongione, Fallin y Feinberg, todos de Hopkins Thor Aspelund, Gudny Eiriksdottir y Vilmundur Gudnason de Hjartavernd, Reykjavik, Islandia Instituto Tomas Ekstrom de Karolinskavik, Estocolmo, Suecia Tamara Harris y Lenore Launer del Instituto Nacional sobre el Envejecimiento, Bethesda, Md. Mark Leppert de la Universidad de Utah, Salt Lake City y Carmen Sapienza de la Escuela de Medicina de la Universidad de Temple, Filadelfia, Pensilvania.

Fuente de la historia:

Materiales proporcionados por Instituciones médicas Johns Hopkins. Nota: El contenido puede editarse por estilo y longitud.


Pregunta semántica: ¿marca epigenética en el ADN de una persona? - biología

Estamos interesados ​​en comprender las modificaciones químicas del ADN y el efecto de tales cambios en la estructura y función del ADN. El ADN está formado por cuatro bases: citosina, guanina, adenina y timina. Sin embargo, estas bases pueden sufrir modificaciones químicas de forma natural que conduzcan a nuevas bases. Cambiar una de las bases en una hebra de ADN de esta manera altera su propiedad y función al controlar cómo se interpreta la secuencia. Esto puede afectar la activación y desactivación de los genes en diferentes tipos de células, tejidos y órganos.

La base modificada 5-metilcitosina (5mC) es una marca epigenética bien conocida que puede regular la transcripción del genoma. Desde 2009 se han detectado tres bases modificadas más en el genoma de los mamíferos. Estas son las bases generadas por la enzima TET 5-hidroximetilcitosina (5hmC), 5-formilcitosina (5fC) y 5-carboxilcitosina (5caC). La presencia de estas modificaciones abre interrogantes sobre su función en la biología celular normal y estados patológicos.

Estamos desarrollando herramientas químicas y métodos genómicos para mapear y dilucidar la función de estas bases modificadas. También estamos explorando la base molecular de su participación en los mecanismos biológicos. Parte de este trabajo explota tecnologías genómicas de vanguardia. Ya hemos creado métodos para secuenciar cuantitativamente 5mC, 5hmC y 5fC con resolución de base única. Such tools allow much more accurate study of these epigenetic marks.

The scope of our work will also include the identification, mapping and elucidation of the biological function of other base modifications in the DNA and RNA of various organisms.

5-Formylcytosine can be a stable DNA modification in mammals
M Bachman, S Uribe-Lwis, X Yang, H E Burgess, M Iurlaro, W Reik and S Balasubramanian
Nature Chemical Biology, 2015, 11, 555–557
DOI: 10.1038/nchembio.1848
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Selective Chemical Labeling of Natural T Modifications in DNA
R E Hardisty, F Kawasaki, A B Sahakyan and S Balasubramanian
Mermelada. Chem. Soc., 2015, 137 (29), 9270-9272
DOI: 10.1021/jacs.5b03730
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5-Formylcytosine alters the structure of the DNA double helix
E Raiber, P Murat, D Y Chirgadze, D Beraldi, B F Luisi and S Balasubramanian
Naturaleza Estructural y Biología Molecular, 2015, 22, 44–49
DOI: 10.1038/nsmb.2936
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5-Hydroxymethylcytosine is a predominantly stable DNA modification
M Bachman, S Uribe-Lewis, X Yang, M Williams, A Murrell and S Balasubramanian
Química de la naturaleza, 2014, 6, 1049-1055
DOI: 10.1038/nchem.2064
Read Article

Quantitative sequencing of 5-formylcytosine in DNA at single-base resolution
M J Booth G Marsico M Bachman D Beraldi S Balasubramanian
Química de la naturaleza, 2014, 6, 435–440
DOI:10.1038/nchem.1893
Read Article

A screen for hydroxymethylcytosine and formylcytosine binding proteins suggests functions in transcription and chromatin regulation
M Iurlaro G Ficz D Oxley E Raiber M Bachman M J Booth S Andrews S Balasubramanian W Reik
Biología del genoma, 2013, 14, R119
DOI:10.1186/gb-2013-14-10-r119
Read Article

Genome-wide distribution of 5-formylcytosine in embryonic stem cells is associated with transcription and depends on thymine DNA glycosylase
E Raiber D Beraldi G Ficz H Burgess M R Branco P Murat D Oxley M J Booth W Reik S Balasubramanian
Genome Biology, 2012, 13, R69
DOI: 10.1186/gb-2012-13-8-r69
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Quantitative Sequencing of 5-Methylcytosine and 5-Hydroxymethylcytosine at Single-Base Resolution
M J Booth M R Branco G Ficz D Oxley F Krueger W Reik S Balasubramanian
Ciencias, 2012, 336, 934-7
DOI: 10.1126/science.1220671
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Nuove luci sull’epigenetica

Gli scienziati dell’EMBL di Roma svelano il meccanismo alla base della più studiata modificazione epigenetica.

“Il DNA porta a RNA che porta a proteina” è un principio fondamentale della biologia molecolare. Il processo di espressione genica, cioè la produzione di RNA a partire da una specifica sequenza di DNA, è finemente regolato a diversi livelli. Lo stesso DNA può subire una modificazione chimica reversibile – chiamata metilazione – in grado di influenzare l’espressione genica.

Gli scienziati dell’EMBL di Roma, in collaborazione con Tim Bestor della Columbia University di New York e John Edwards della Washington University di St. Louis, Missouri, sono riusciti per la prima volta a dimostrare con quale meccanismo la metilazione del DNA istruisce le cellule a reprimere intere parti del loro genoma assemblando complessi di proteine inibitorie. Il loro lavoro è stato pubblicato su Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

La metilazione del DNA, per quanto ad oggi noto, è l’unica modifica epigenetica che viene ereditata quando le cellule si dividono. La metilazione, dunque, è come un marchio sul DNA in grado di inattivare i geni in base alla loro origine parentale. La metilazione è anche alla base del meccanismo di difesa cellulare contro i trasposoni – piccole sequenze di DNA “parassita” che si muovono all’interno del genoma e ne minacciano l’integrità. Attraverso la metilazione, l’espressione dei trasposoni viene infatti repressa.

Nonostante quattro decenni di ricerca, il meccanismo preciso con cui la metilazione del DNA reprime l’espressione genica è rimasto sconosciuto. Gli scienziati del gruppo di Matthieu Boulard, Group Leader dell’EMBL di Roma, hanno scoperto che il fattore essenziale perché i geni metilati siano repressi è la proteina TRIM28 – un fattore di inibizione dell’espressione genica che era noto ma che non era mai stato collegato alla metilazione del DNA. Tuttavia, TRIM28 non interagisce direttamente con il DNA, e dunque altre proteine devono essere coinvolte in questo processo.

Utilizzando una combinazione di analisi genetiche e biochimiche i ricercatori hanno dimostrato che la metilazione del DNA porta TRIM28 a legare l’enzima OGT, il quale a sua volta modifica altre proteine aggiungendo molecole di zucchero (un processo noto come glicosilazione). Gli stessi ricercatori hanno poi dimostrato che la glicosilazione di specifiche proteine legate al DNA impedisce l’espressione dei geni metilati.

“Il nostro studio rivela che la glicosilazione delle proteine svolge un ruolo centrale nella metilazione del DNA, svelando così il meccanismo alla base della modificazione epigenetica più studiata”, spiega Matthieu Boulard,

La prima evidenza che la glicosilazione svolge una funzione importante nella regolazione dei geni era venuta da un altro studio dell’EMBL, che aveva dimostrato come la glicosilazione reprime alcuni geni durante lo sviluppo embrionale nel moscerino della frutta Drosophila. Tuttavia, la repressione genica in questo caso non coinvolge la metilazione del DNA.

“Abbiamo dimostrato – spiega Boulard – che la metilazione del DNA nei mammiferi induce la repressione dei geni attivando un processo che induce la glicosilazione dei fattori regolatori. Questi risultati affrontano una delle questioni fondamentali nel campo dell’epigenetica, e cioè quale sia la natura dei meccanismi che portano alla repressione dei promotori metilati”.


Resumen

Addiction is a disease in which, after a period of recreational use, a subset of individuals develops compulsive use that does not stop even in light of major negative consequences. Here, we review the evidence for underlying epigenetic remodeling in brain in two settings. First, excessive dopamine signaling during drug use may modulate gene expression, altering synaptic function and circuit activity and leading over time to maladaptive behaviors in vulnerable individuals. Second, on a longer timescale, life experience can shape the epigenetic landscape in brain and thereby may contribute to an individual’s vulnerability by amplifying drug-induced changes in gene expression that drive the transition to addiction. We conclude by exploring how epigenetic mechanisms might serve as therapeutic targets for addiction treatments.


Ver el vídeo: Epigenética: mucho más que genes 12 (Enero 2022).