Todas las personas tenemos un genotipo, el cual es el conjunto de todos los genes de una persona y que dan como resultado un fenotipo, el cual es la expresión en forma física de las características de un individuo. En nuestro ADN, esta la información del porque somos como somos: la información de nuestro color de piel, ojos, altura, y muchas otras características. Anteriormente, se pensaba que un genotipo daba como resultado un fenotipo único; lo cual, aunque en parte sigue siendo verdad, no siempre es tan directo.

Un ejemplo es cuando hay dos gemelos heterocigotos. Es decir, dos personas que comparten el 100% de su material genético y en un principio eran idénticos. Sin embargo, cuando fueron creciendo ambos, empiezan a desarrollar hábitos diferentes: uno pudiera hacer ejercicio y alimentarse saludablemente, mientras que el otro no. A medida estos vayan creciendo, ya no se parecerán mucho el uno al otro. Puede que uno esté más delgado y tenga un color de piel más claro; o que uno sea más alto y otro más bajo de estatura. Esto se debe a que ambos comparten el mismo genoma (es decir, su ADN es casi idéntico) pero no comparten el mismo epigenoma.

Hay un proceso que explica el por qué las características físicas de los gemelos son diferentes. Este proceso es llamado plasticidad fenotípica, que es la propiedad de un genotipo para producir diferentes fenotipos en respuesta a diferentes condiciones ambientales. Así que, un genotipo expuesto a varias condiciones ambientales, dará como resultado varios fenotipos, aun cuando el ADN sea casi el mismo.

Esto nos demuestra como los exposomas que son el conjunto de factores externos que entran en contacto con nuestro organismo y que afectan nuestra salud, redirigen el camino de nuestra vida.

La genética carga la pistola, pero el medioambiente aprieta el gatillo

Dra. Judith Stern

Conceptos Claves en epigenética

La epigenética

Para entender la epigenética, debemos empezar definiéndola. La palabra está conformada por el prefijo “Epi” que significa “encima” o “arriba de”, seguido de la palabra genética. Por lo tanto, epigenética significa literalmente “por encima de la genética”.

La epigenética se refiere al estudio de los cambios heredables y que son reversibles, afectando la expresión de los genes sin cambiar la secuencia de ADN, afectando la forma en que los genes se activan o silencian.

La epigenómica

Gracias a las ciencias ómicas, surgió una nueva rama de las ciencias genómicas: la epigenómica. Esta es un campo más amplio, el cual se enfoca al estudio y análisis global de los patrones de modificaciones epigenéticas en todo el genoma de un organismo.

El epigenoma

El epigenoma es el conjunto de todas las marcas epigenéticas que regulan los genes en un momento dado. Actualmente, se conoce todo el genoma humano, el cual es la colección completa de ADN. Sin embargo, el epigenoma está formado por compuestos químicos como los grupos metilo implicados en la metilación del ADN y ciertas modificaciones en las histonas, tales como la acetilación, la metilación y la fosforilación. También se incluyen los ARN no codificantes, tal como los microARN o los ARN largos no codificantes, los cuales pueden influir en la expresión de diversos genes.

Aunque las marcas epigenéticas son heredables, no siguen las leyes de la herencia estipuladas por Gregor Mendel. Cuando hay una alteración en la expresión de los genes y cambia la secuencia del ADN, este es un cambio genético; ocasionado por algún tipo de mutación en el material genético. Por otra parte, cuando hay alteraciones en la expresión de los genes sin que cambie el ADN, es un cambio epigenético. Estas marcas son heredadas de célula a célula, pero igual pueden tener un tipo de herencia multigeneracional o transgeneracional.

El epigenoma cambia la expresión del genoma a través de diferentes mecanismos. Un ejemplo de ello yace en la expresión de las células de nuestro cuerpo: donde, a pesar de que todas las células de un organismo tienen el mismo ADN en su núcleo, estas desempeñan funciones diferentes y específicas. Debido a esta diferenciación celular, solo ciertas partes de la información genética de cada célula se utilizan desempeñar expresiones únicas. Las diferencias entre las células se determinan por cómo y cuándo se activan o desactivan los distintos conjuntos de genes en cada clase de células. Por eso, cuando las células se dividen, una parte del epigenoma se hereda a la siguiente generación de manera que cada célula sigue con su identidad celular.

La metilación del ADN

El mecanismo epigenético más estudiado a la fecha es la metilación del ADN. Este es un proceso bioquímico que implica la adición de un grupo metilo (-CH3) a la molécula de ADN. Los grupos metilos activan o desactivan genes al interrumpir las interacciones entre el ADN y otras proteínas como los factores de transcripción o la ARN polimerasa. La metilación del ADN juega un papel crucial en varios procesos biológicos, incluido el desarrollo embrionario, la diferenciación de tejidos y el desarrollo de enfermedades. La metilación ocurre en la citosina, en la posición 5, formando una molécula llamada 5 metil-citosina. Al encontrarse este grupo funcional en un citosina, se dice que el ADN está metilado.

Existen dos tipos de metilación: la metilación de mantenimiento del ADN y la metilación de ADN de novo.

En el caso de la metilación de mantenimiento, la reacción es catalizada por la ADN metiltransferasa 1 (DNMT1), la cual mantiene el patrón de metilación en las células somáticas, agregando grupos metilo a la cadena de ADN recién sintetizada. De esta manera es que, posterior a la división celular, la nueva célula conserva la identidad celular de su célula progenitor.

Por otra parte, se encuentra la metilación de ADN de novo. La palabra novo viene del latín y significa “de nuevo”. Esta se usa para describir una metilación la cuál es “nueva”. Es decir, esta metilación no fue heredable y no la tenían sus progenitores. En este tipo de metilación, participan las enzimas ADN metiltransferasas 3A (DNMT3A) y la ADN metiltransferasas 3B (DNMT3B) las cuales añaden grupos metilo en nuevas posiciones en ambas cadenas de ADN.

Investigación de la epigenética y su relación con las enfermedades

En la actualidad, me he enfocado a la investigación sobre el papel específico de la metilación del ADN en enfermedades. Por ejemplo, en la enfermedad que sacudió al mundo en una pandemia: el COVID-19. Varios estudios han indicado que el COVID-19 puede inducir cambios en los patrones de metilación del ADN, donde estas alteraciones pueden afectar la expresión de genes involucrados en vías de respuesta inmune, inflamatoria y mecanismos de defensa antiviral.

La investigación de la metilación del ADN en el contexto del COVID-19 puede proporcionar información valiosa sobre los mecanismos subyacentes de la enfermedad y permitir el descubrimiento de genes biomarcadores. Estos últimos servirían para la identificación de patrones de metilación de ADN específicos asociados con la susceptibilidad, la gravedad o la progresión de la enfermedad para el diagnóstico temprano, la evaluación de riesgos y el pronóstico.

Algunas otras enfermedades donde la epigenética se ve involucrada son algunos cánceres, el Alzheimer, y algunos trastornos metabólicos y psiquiátricos.

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Imagen: Cortesía del NIH-NHGRI via Flickr