Memoria epigenética
La epigenética es uno de los campos que me apasionan y que está cobrando importancia en los últimos años. En esta ocasión, el artículo que voy a comentar puede llegar a tener un tono Lamarquista. Pero eso confirma lo complejo del diseño de la expresión génica, no vayamos a confundir ;-P. Investigadores del Centro John Innes de Norwich, en el Reino Unido, han hecho un descubrimiento que explica cómo un organismo puede crear una memoria biológica de ciertas variables tales como la calidad de la nutrición o la temperatura.
El descubrimiento explica el mecanismo de esta memoria – una especie de interruptor biológico – y la forma en que también pueden ser heredadas por la descendencia. El trabajo fue dirigido por el doctores Martin Howard y Caroline Dean recibiendo financiación del Biotechnology and Biological Sciences Research Council (BBSRC).
La doctora Dean comentó que: «Hay muchos ejemplos que ahora sabemos donde la actividad de los genes pueden ser afectados a largo plazo por factores ambientales. Y en algunos casos, el medio ambiente en el que habita un individuo en realidad puede afectar a la biología o la fisiología de sus hijos, pero sin alterar la secuencia del genoma».
Por ejemplo, algunos estudios han demostrado que en las familias donde había una grave escasez de alimentos en la generación de los abuelos, los hijos y nietos tienen un mayor riesgo de enfermedad cardiovascular y diabetes, lo que podría explicarse por la memoria epigenética. Pero hasta ahora no ha habido un mecanismo claro para explicar cómo los individuos pueden desarrollar esa «memoria» de un factor variable, como la nutrición.
El equipo utilizó el ejemplo de cómo las plantas «recuerdan» la duración del período de invierno para que la polinización, el desarrollo, la dispersión de semillas y la germinación ocurra en el momento adecuado. Como casi siempre, Arabidopsis thaliana fue la especie vegetal elegida para indagar en este tema.
El doctor Howard advierte que: «Ya sabíamos mucho acerca de los genes implicados en la floración y estaba claro que algo pasa en el invierno que afecta al tiempo de floración, de acuerdo con la duración del período de frío».
Usando una combinación de modelos matemáticos y el análisis experimental, el equipo de investigación ha descubierto el sistema por el cual un gen clave llamado FLC esté desactivado o activado en cualquiera de sus células y, también, en su progenie. Encontraron que cuanto mayor sea el período de frío, mayor es la proporción de células que poseen el gen FLC estable y desactivado. Esto provoca un retraso la floración y se debe a un fenómeno conocido como memoria epigenética.
La memoria epigenética proviene de concretas modificaciones y una de las más importantes ocurre en las histonas (las proteínas alrededor de los cuales el ADN se envuelve). Ciertas modificaciones químicas que están en las histonas pueden afectar a la expresión de los genes cercanos, activándolos o desactivándolos (Aclaración no imprescindible que sirve de repaso: la cromatina está conformada por una unidad básica, el nucleosoma, conformado por histonas (H2A, H2B, H3 y H4) unidas a proteínas no histónicas. En el nucleosoma se enrolla el ADN. Por modificaciones post-traduccionales se puede modificar la configuración de las histonas. Las histonas sufren modificaciones por medio de procesos de acetilación, fosforilación, metilación, desaminación, isomerización de prolinas y ubiquitinización. Combinaciones específicas en la modificación de las histonas sirven como una especie de código que determina si el gen ha de ser silenciado o expresado y esta es otra forma de cómo se puede dar la regulación génica). Estas modificaciones pueden ser heredadas por las células hijas, cuando las células se dividen, y si se producen en las células que forman los gametos (por ejemplo, espermatozoides en mamíferos o el polen en las plantas), entonces también puede pasar a la descendencia.
Basándose en que cada nucleosoma abarca aproximadamente 175bp y que la longitud del gen FLC es de aproximadamente 6000bp del gen el número de nucleosomas es de unos 35. Cada uno de estos nucleosomas tiene dos copias de cada uno de los las histonas H2A, H2B, H3 y H4. Las modificaciones de las histonas que se cree que son clave en la memoria epigenética de vernalización están en la cola de la histona H3. De todas formas, existen 70 sitios diferentes que son capaces de aceptar las modificaciones.
El modelo matemático predijo que dentro de cada célula individual, el gen FLC debe estar completamente activado o silenciado, siendo mayor la proporción de células que pueden cambiar al estado «silenciado» cuanto más tiempo de frío.
Para evidenciar este hecho, se utilizó una técnica mediante la cual cualquier célula que tuviera el gen FLC activado aparecía de color azul bajo un microscopio. Según ellos, a partir de estas observaciones estaba claro que las células se encontraban activadas o desactivadas (en relación al gen FLC) en su totalidad, de acuerdo con la teoría. También se mostró que las histonas cercanas al gen FLC se encontraban modificadas durante el período de frío.
Para los que no conocíais este mundo epigenético, podéis observar lo complejos que somos los seres vivos. Os animo a que leais los otros artículos sobre este tema que fueron publicados aquí anteriormente y también el artículo «recién sacado del horno» en el blog Locos por la biología.
Este post participa en la V Edición del Carnaval de Biología, Primera Edición del Biocarnaval de Verano, que organiza @Tiwnacu en su blog Marimaru’s blog y también en el VI Carnaval de Química organizado en el blog “Divagaciones de una investigadora en apuros”.
Fuente: BBSRC
Referencia: A Polycomb-based switch underlying quantitative epigenetic memory. Andrew Angel, Jie Song, Caroline Dean, Martin Howard. Nature (2011) vol. advance online publication http://dx.doi.org/10.1038/nature10241