A medida que un organismo crece y responde a su entorno, los genes en sus células se activan y desactivan constantemente, con diferentes patrones de expresión génica en diferentes células. Pero los cambios en la expresión génica pueden transmitirse de padres a hijos y generaciones posteriores? Aunque la evidencia indirecta de este fenómeno, llamado "herencia epigenética transgeneracional", está creciendo, sigue siendo controvertido porque los mecanismos detrás de él son tan misteriosos.
Ahora los investigadores de la UC Santa Cruz han demostrado que la información epigenética transportada por los cromosomas de esperma de los padres puede causar cambios en la expresión y el desarrollo de genes en la descendencia. Su estudio, publicado el 20 de marzo en Comunicaciones de la naturaleza , involucró una serie de experimentos inteligentes usando el gusano nematodo Caenorhabditis elegans .
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 el ADN está empaquetado en los cromosomas. Estas modificaciones o "marcas" cambian la expresión génica, activando los geneso apagado
En sus experimentos con C. elegans , los investigadores del laboratorio de Susan Strome en UC Santa Cruz se han centrado en las marcas de histonas, modificaciones a aminoácidos específicos en las colas de las proteínas de histonas. Strome, profesor de biología molecular, celular y del desarrollo, dijo que el nuevo estudio abordó una cuestión centralen el campo de la epigenética.
"Es una pregunta muy directa: ¿heredar los cromosomas de esperma con empaques de histona alterados del ADN afecta la expresión génica en la descendencia? Y la respuesta es sí", dijo.
El primer autor Kiyomi Kaneshiro, un estudiante graduado en el laboratorio de Strome que dirigió el estudio, dijo C. elegans es un buen modelo para estudiar esta pregunta porque el empaque de histona se retiene completamente en los cromosomas de esperma del gusano. En humanos y otros mamíferos, el empaque de histona se retiene solo parcialmente en el esperma.
"Existe un debate sobre la cantidad de empaquetamiento de histonas que se retiene en los humanos, pero sabemos que se retiene en algunas regiones importantes del desarrollo del genoma", dijo Kaneshiro.
Los investigadores se han centrado en la herencia epigenética en la línea paterna porque el esperma contribuye poco más que sus cromosomas al embrión. El óvulo contiene muchos otros componentes que pueden influir en el desarrollo del embrión, haciendo que sea más difícil detectar los efectos epigenéticos en ellínea materna.
En sus experimentos, Kaneshiro eliminó selectivamente una marca de histona específica de los cromosomas de esperma, luego fertilizó óvulos con el esperma modificado y estudió la descendencia resultante. Una innovación crucial fue usar esperma y óvulos de dos cepas diferentes de C. elegans que permitió a Kaneshiro distinguir entre los cromosomas heredados de los espermatozoides y los heredados del óvulo. Ella eligió cepas de gusanos de Gran Bretaña y Hawai que habían evolucionado por separado el tiempo suficiente para acumular muchas pequeñas diferencias genéticas llamadas polimorfismos de un solo nucleótido.
"Los padres eran británicos y las madres eran hawaianas, y hay suficientes diferencias entre ellos que podríamos distinguir entre los dos genomas parentales en las células de su descendencia", dijo Kaneshiro. "A través de este sistema híbrido, pudimosver diferencias en la expresión génica que fueron el resultado directo de los cambios en las marcas de histonas en los cromosomas de los espermatozoides ".
Además, esos cambios en la expresión génica tuvieron consecuencias de desarrollo. Con la eliminación de las marcas de histonas, los cromosomas espermáticos perdieron una señal represiva que normalmente evita que ciertos genes se activen en la línea germinal de la descendencia las células que dan lugar a los óvulos y los espermatozoidesKaneshiro observó que las células de la línea germinal de la descendencia activaron genes neuronales y comenzaron a convertirse en neuronas.
La marca particular de histona eliminada en estos experimentos es una marca epigenética ampliamente estudiada que se encuentra en animales que van desde gusanos hasta moscas de la fruta y humanos. "Esta marca se encuentra en las histonas que se retienen en los cromosomas de los espermatozoides en humanos", dijo Kaneshiro.
Los nuevos hallazgos muestran que las marcas epigenéticas heredadas afectan la expresión y el desarrollo de genes. Pero el estudio incluyó el cambio artificial de las marcas en los cromosomas de los espermatozoides. Lo que queda por entender es cómo los efectos ambientales en un organismo adulto podrían alterar las marcas epigenéticas en sus células de la línea germinal., haciendo posible que esos efectos ambientales se transmitan a las generaciones posteriores.
"Nuestros hallazgos plantean la posibilidad de que las marcas de histonas sean portadoras de la herencia epigenética transgeneracional", dijo Kaneshiro. "Sabemos que el entorno que experimenta un organismo puede cambiar los patrones de expresión génica en las células somáticas [células del cuerpo no germinales]. Si cambiapatrones de expresión génica en la línea germinal, esperamos que esos cambios puedan heredarse, pero aún no lo hemos demostrado ".
Además de Kaneshiro y Strome, los coautores del estudio incluyen Andreas Rechtsteiner, un bioinformático en el laboratorio de Strome. Este trabajo fue apoyado por los Institutos Nacionales de Salud.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Santa Cruz . Original escrito por Tim Stephens. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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