¿Qué es la epigenética? o cómo encender y apagar genes 

 febrero 25, 2020

By  Irene

Párate unos segundos a pensar en lo siguiente: tienes unas 80 billones de células en tu cuerpo, de las cuales existen hasta 200 clases diferentes. Neuronas con ramificaciones de hasta casi 1 metro, capaces de trasmitir impulsos eléctricos; melanocitos de la piel que producen melanina cuando les da el sol; osteocitos que forman la matriz de los huesos; células del corazón capaces de contraerse rítmicamente; glóbulos blancos que fagocitan intrusos; glándulas que segregan todo tipo de hormonas… Todas ellas con el mismo código genético: tu ADN.

Dime, si todas ellas tienen exactamente el mismo ADN, ¿Cómo es posible que sean tan distintas unas de otras? ¿Cómo sabe una célula de tu uña que es una uña y no un hígado?

tipos de celulas

¿Qué es la epigenética?

Esta nueva rama de la biología no es ni más ni menos que el estudio de cómo se expresan los genes (en griego, epi- significa “sobre” o “más allá de”). Es decir, un mismo gen puede expresarse de varias formas distintas, o simplemente no expresarse. Pero como no tengo ni idea de tus conocimientos de biología, he decidido empezar por lo básico:

 

La papilla genética

Cada célula tiene unos 2 metros de ADN apelmazados en el núcleo. Sí, has leído bien; 2 metros de ADN. Nuestra biblioteca genética es tan, tan larga, que las células comprimen el ADN enrollándolo y super-enrollándolo hasta formar los cromosomas. El ser humano tiene un total de 46 cromosomas (23 pares) en cada célula.

Pero esto tiene un pequeño problema: cuanto más se enrolle el ADN, más difícil es de leer. Para que un gen pueda leerse, la cadena de ADN debe dividirse en sus dos mitades; o sea, el ADN debe de estar completamente desenrollado para que pueda copiarse.

cromatina
transcripcion de adn o cómo se leen los genes

Como ves en la imagen de arriba, el ADN se abre temporalmente y se copia en pequeñas porciones de ARN. Estos trocitos de ARN salen del núcleo y se traducirán después en proteínas.

Por eso, cuanto más compacto esté el ADN más difícil será desenrollarlo y leerlo.

Existen varios niveles de enrollamiento:

  • Cadena de ADN: la famosa hélice. A esta hélice se le unen otras proteínas (llamadas histonas) que van a influir en el nivel de enrollamiento posterior.
  • Nucleosomas: es el primer nivel de enrollamiento. Los nucleosomas son“pelotitas” de histonas rodeadas de ADN. Todo el ADN se encuentra enrollado en nucleosomas, y estas pelotitas se irán apelmazando entre ellas formando estructuras cada vez más densas.
  • Comatina: es el estado en el que se encuentra la mayor parte del tiempo (mientras la célula no se divide). Se trata de una masa de nucleosomas más o menos apelmazada. En esta masa hay zonas más enrolladas, donde es dificil que se lea el ADN, y zonas más abiertas donde el ADN se está leyendo.
  • Cromosomas: el mayor apelmazamiento posible. Es temporal y sólo ocurre durante la mitosis (división celular). La mayor parte del tiempo, el ADN está esparramado en forma de cromatina como vimos en el punto anterior. Olvida los cromosomas, no nos interesan en esta entrada jaja.
niveles de enrollamiento del adn

Vayamos más a fondo con el enrollamiento.

Los nucleosomas tienen unas “colas” donde se pueden unir todo tipo de proteínas, que son muy importantes dictando el enrollamiento y la lectura del ADN. Por ejemplo, si un trozo de ADN tiene muchos metilos, el ADN se relaja y es fácil de leer (los genes se expresan); si tiene muchos acetilos, el ADN se condensa y no se puede leer (los genes NO se expresan).

Pero, en realidad, la lectura de genes es mucho más compleja que esto. Hay muchos tipos de proteínas que se unen al ADN y las diferentes combinaciones de estas forman el código epigenético, con información sobre cómo, cuándo y cuánto se expresa un gen.

La posición de todas estas proteínas no es aleatoria, sino que depende tanto de los propios genes como del ambiente metabólico de la célula. Algunos genes son muy propensos a estar enrollados todo el rato; otros se activan y desactivan durante el día y la noche; otros se activan cuando comes azúcar y otros cuando comes acelgas…

nucleosomas y epigenética
histonas codigo epigenético

Figura: fibra de cromatina desenrollada en sus nucleosomas (en rosa). Cada nucleosoma tiene 8 colas de histonas distintas, que pueden controlar la expresión de los genes. La parte inferior de la imagen muestra las distintas modificaciones que pueden tener estas colas de histonas. Estas modificaciones son temporales, y forman un código epigenético que hace que la expresión de los genes sea dinámica y se adapte a las necesidades de la célula. 

 

Genes encendidos y apagados

Ahora volvamos al principio y respondamos la pregunta. ¿Cómo es posible que dos células con exactamente el mismo ADN sean tan distintas? ¿Qué tiene una neurona que no tenga un adipocito?

Bien, lo único que cambia entre ellas es su epigenética; sus genes son los mismos, pero se expresan diferente. Los “genes de neurona” están encendidos sólo en las neuronas, y apagados en todas las demás células.

Y esto, querido amigo, es MUY UTIL. El encendido y apagado de genes no sirve sólo para crear diferentes tipos de células (lo cual es un encendido/apagado permanente, casi irreversible), sino que es fundamental para que la célula regule su actividad (encendidos/apagados temporales, reversibles). Todo el metabolismo celular, los ritmos circadianos, el desarrollo embrionario, la pubertad y la senescencia, las enfermedades genéticas y no genéticas… TODO está regulado por la epigenética. Tus genes son tu código fuente, eso no puedes cambiarlo; pero la epigenética decide qué información va a ser leída y cuál no, y eso SÍ puede cambiarse.

tú mismo tienes el poder de controlar la lectura de tus genes de forma bastante más drástica de lo que crees. ¿Que cómo haces eso? Pues con tu estilo de vida. ¡Sorpresaaaa! Todo lo que haces, desde comerte una naranja hasta levantarte todas las mañanas a las 7, va a influir en la lectura de tus genes. Mira sino estos ejemplos de gemelos:

dieta o genes
qué es la epigenética
epigenética y calvicie

No, no se han hecho un injerto capilar. Resulta que el gemelo de la derecha toma más de 4 bebidas alcohólicas por semana y es fumador. Otros factores como el ejercicio intenso o el índice de masa corporal también afectan a la caída del cabello (Gatherwright, 2012).

 

Estudios con gemelos

Las diferencias entre gemelos van mucho más allá del peso y la calvicie. A pesar de ser genéticamente idénticos, es frecuente que ambos tengan enfermedades distintas y/o a diferentes edades (voy a llamar a esto “gemelos discordantes”). De hecho, más del 50% de casos son discordantes, incluso para enfermedades con gran influencia genética:

Imagen: Para cada enfermedad se muestra la contribución de factores heredables (barras en rojo), factores ambientales compartidos (barras en azul claro) y factores ambientales no compartidos (barras en azul oscuro). Imagen del estudio «Epigenetics of discordant monozygotic twins: implications for disease» (2014).

¿Cómo es posible?

A medida que los gemelos crecen y envejecen, su estilo de vida y su ambiente hará que cada vez haya más diferencias epigenéticas entre ellos. Varios estudios demuestran que los gemelos nacen con un epigenoma casi idéntico, y que las diferencias aumentan con el tiempo (Fraga, 2005; revisión: Bell, 2012).

Si quieres ejemplos más específicos, en este estudio con 41 pares de gemelas se observó que las fumadoras (al menos 5 años fumando) presentaban un déficit de densidad ósea del 5 al 10% en comparación con sus respectivas gemelas no fumadoras, suficiente para incrementar el riesgo de fractura.

Este otro estudio compara la expresión genética en 15 pares de gemelas en las que una desarrolla cáncer de mama y la otra no. El gen DOK7 estaba hipermetilado en las gemelas que desarrollaron cancer de mama, lo cual ocurre años antes de que se diagnostique el tumor.

 

Conclusiones

Como ves, el concepto de la epigenética es muy simple: los genes se expresan de forma diferente dependiendo del ambiente de la célula. Pero esto tiene consecuencias muy importantes, desde la formación de diferentes células en tu cuerpo hasta la adaptación a las distintas actividades del día a día, el desarrollo de enfermedades o incluso el envejecimiento. Como ya vimos en primera entrada, los cambios epigenéticos son una de las causas principales del envejecimiento, al mismo nivel que el acortamiento de telómeros o la acumulación de daños en el ADN. En futuras entradas entraremos más a fondo en estos temas (epigenética y envejecimiento/enfermedades), así que apréndete bien estas nociones básicas de biología porque las vas a necesitar jejeje.

¡Nos vemos! 😀

 
 
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