Los genes son la base del almacenamiento de la información que codifica todo proceso biológico en los seres vivos.
Estos contienen ADN y a su vez, se organizan en cromosomas condensados. El genoma de cada individuo comprende todo su material genético, y es heredable de padres a hijos. Algo que siempre se ha tenido como un dogma en la ciencia es que el ADN que define a cada organismo no cambia a lo largo de su vida, pero la epigenética pone en duda esta cuestión.
Esta rama de la ciencia explora cambios en la expresión de genes del organismo más allá de la modificación del propio ADN, manejando conceptos abstractos que escapan a la doble hélice por todos conocida. En este espacio nos sumergimos en el mundo de la epigenética, desde su utilidad hasta aplicaciones en medicina.
Epigenética: complejidad y cambio
El propio término que nos atañe es controvertido por sí mismo, pues la epigenética tiene distintas acepciones según el marco en el que se estudie:
- En genética de desarrollo hace referencia a los mecanismos de regulación génica que no se producen por modificación del ADN.
- En biología evolutiva se refiere a los mecanismos de herencia que no responden a heredabilidad genética.
- En genética de poblaciones, explica la variaciones en caracteres físicos determinados por condiciones ambientales.
Es en esta primera acepción en la que vamos a centrarnos, pues resulta de especial interés conocer cómo es posible que la expresión de los genes en los seres humanos varíe según la edad y las condiciones ambientales entre otros factores. Aún así, es esencial no perder de vista que estos procesos también se dan en el resto de seres vivos (al menos mamíferos), pues al fin y al cabo las personas no dejamos de ser animales igual de salvajes que un lobo desde un punto de vista fisiológico.
¿Cómo se producen los cambios epigenéticos?
Existen diversos mecanismos epigenéticos de regulación génica. A continuación, explicaremos los más relevantes de la forma más sencilla posible.
1. Metilación del ADN
La metilación es un proceso que se da en mamíferos tras la replicación, es decir, cuando la doble hélice de ADN ya está formada en su totalidad. Explicado de forma general, se basa en la adición de un grupo metilo en la citosina, una de las bases nitrogenadas que forman parte de algunos de los nucleótidos del ADN. Por diversos mecanismos, un alto grado de metilación se asocia a un silenciamiento de genes. Diversos estudios han propuesto que este proceso es esencial en la organización de genes durante los primeros estadios de vida de los seres vivos, es decir, la gametogénesis y embriogénesis.
2. Variación en la cromatina
La cromatina es la forma en la que se presenta el ADN en el núcleo de las células. Se trata de una especie de “collar de cuentas”, donde la información genética hace de hilo y las histonas (proteínas específicas) actúan como cada una de las bolas. Una vez hemos formado esta imagen mental, es fácil entender por qué las variaciones en la cromatina son una de las bases de la epigenética. Combinaciones específicas en la modificación de las histonas promueven la expresión o el silenciamiento de ciertos genes.
Estos cambios se pueden producir por procesos bioquímicos tales como metilación, fosforilación o acetilación entre otros, pero los efectos y el funcionamiento de todas estas reacciones aún continúan en extenso estudio.
3. ARN no codificante
Mientras que el ADN es la biblioteca de información genética de los seres vivos, de forma general se podría asignar al ARN la función de constructor, pues es el encargado de la síntesis de proteínas en el cuerpo humano. Al parecer, las regiones de ARN no codificantes (es decir, que no se utilizan para la construcción de proteínas) tienen un importante rol en los mecanismos de epigenética.
Desde un punto de vista general, la información de ciertos segmentos de ADN son “leídos” y transformados en moléculas de ARN que portan información suficiente para dar lugar a una proteína. A este proceso lo llamamos transcripción. Esta molécula (ARN mensajero) se utiliza como mapa de lectura para ensamblar cada segmento de la proteína buscada, lo que se conoce como traducción. Algunos segmentos de ARN no codificantes son conocidos por su capacidad de degradar dichos transcritos, lo que impide la producción de proteínas específicas.
Su utilidad en medicina
Bien, ¿y cuál es la finalidad de conocer todos estos mecanismos? Más allá de la obtención de conocimiento (lo cual justifica por sí mismo su investigación), existen diversos usos de la epigenética en la medicina moderna.
1. Conociendo el cáncer
El primero de los cambios epigenéticos observados en procesos tumorales cancerígenos es la baja tasa de metilación de su ADN en comparación con el tejido normal. Aunque los procesos que inician esta hipometilación aún no son del todo conocidos, diversos estudios apuntan a que estos cambios se producen en estadios muy primarios del cáncer. Así pues, esta modificación del ADN promueve la aparición de células cancerosas, entre otros factores, porque genera una importante inestabilidad en los cromosomas.
En contraste a la hipometilación del ADN, una hipermetilación en ciertas regiones también puede promover la formación de tumores, ya que silencia a genes que nos protegen de ellos.
Una de las diferencias esenciales entre la genética normal y la epigenética es que estos procesos de metilación son reversibles en las condiciones adecuadas. Con regímenes de medicamentos indicados y tratamientos específicos, ejemplos como los genes silenciados por la hipermetilación del ADN podrían despertar de su letargo y ejercer sus funciones de supresión tumoral correctamente. Es por esto que la epigenética parece ser un campo médico muy prometedor en lo que a la lucha contra el cáncer se refiere.
2. Cambios y estilo de vida
Se están comenzando a encontrar evidencias de que el medio ambiente, la nutrición, el estilo de vida y factores psicosociales podrían modificar parcialmente nuestras condiciones epigenéticas. Diversas teorías proponen que estos procesos podrían ser un puente entre el genoma, que aparece estático e inflexible de forma natural, y el ambiente que rodea al individuo, que es altamente cambiante y dinámico.
Un ejemplo de esto es que, por ejemplo, en dos gemelos idénticos que se desarrollan en regiones geográficas diferentes, sus respuestas ante enfermedades son diversas a pesar de que el código genético sea casi el mismo. Esto solo puede explicarse con la importancia del ambiente en los procesos fisiológicos individuales. Algunos estudios han llegado a vincular, incluso, la metilación del ADN con procesos tales como el cuidado maternal o la depresión en mamíferos, lo que evidencia aún más la importancia del ambiente en la expresión de los genes.
En el mundo animal la modificación en la expresión de genes es algo ampliamente observado. Por ejemplo, existen mariposas que cambian el color de sus alas según la época del año, especies de reptiles y peces donde el sexo de la descendencia depende de la temperatura o el tipo de comida que ingieran (las larvas de abejas pueden diferenciarse en reinas u obreras según el tipo de alimentación). Aún así, estos mecanismos de relación entre el ambiente y los genes en humanos aún no está descrito del todo.
En conclusión
Como hemos podido observar, la epigenética parece ser el nexo de unión entre un código genético en un principio invariable y la plasticidad ambiental a la que nos sometemos de forma contínua los seres vivos. Estos cambios no se basan en modificar el ADN en sí, sino en seleccionar qué genes se expresan y cuáles no mediante los mecanismos antes nombrados (metilación, modificación de la cromatina o ARN no codificante).
Todos estos conceptos aquí repasados continúan en estudio a día de hoy, pues esta rama de la ciencia es relativamente nueva y aún requiere de mucha investigación. A pesar de la falta de conocimiento actual, la epigenética nos muestra un futuro prometedor en lo que al abordaje de enfermedades como el cáncer se refiere.
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