Observan al microscopio cómo se hereda la memoria epigenética

Hasta hace pocos años, se creía que todas las características de los seres humanos y demás organismos eran fruto únicamente de la información escrita en sus genes. A partir de la finalización del Proyecto Genoma Humano en 2003, sin embargo, esa idea está cambiando, gracias a la investigación en una interesante rama de la genética: la epigenética.

Este concepto hace referencia a cómo se traduce la información contenida en los genes. Un “modo de traducción” que implica que, aun teniendo la misma información genética (como en el caso de los gemelos, por ejemplo), dos individuos puedan expresar esa información de modo distinto.

Esa traducción diferenciada, a su vez, puede conllevar resultados orgánicos distintos, en cuestiones como el grado de sensibilidad al dolor, el nivel de riesgo de padecer algunos tipos de cáncer o la posibilidad de sufrir autismo, entre otros.

Seguimiento de una marca epigenética muy corriente

En términos generales, la epigenética es el conjunto de procesos químicos que modifican la actividad del ADN, pero sin alterar su secuencia. ¿Qué condiciona dichos procesos? Según evidencias crecientes, un factor importante es el estrés ambiental.

Además, se ha demostrado que los cambios en la expresión de los genes se transmiten de padres a hijos. Pero, ¿cómo puede producirse esa transmisión, si no se hace a través de la “escritura” de los genes, de la información pura y dura en estos contenida?

Un estudio realizado por científicos de la Universidad de California en Santa Cruz (EEUU) arroja algo de luz a este respecto, pues los investigadores han logrado ver, bajo el microscopio, cómo la memoria epigenética pasa de generación en generación, de célula a célula, durante el desarrollo de los embriones.

La investigación se basó en una modificación epigenética previamente muy estudiada: la metilación de una proteína que, junto a otras y junto al ADN, se encuentra en el núcleo de las células eucariotas, constituyendo la cromatina o genoma de dichas células.

La proteína en cuestión se denomina “histona H3”, y es una de las que hacen posible el empaquetamiento del ADN, es decir, que la doble hélice del material genético se enrolle para formar esa unidad fundamental y esencial de la célula que es la cromatina.

Ya se sabía que la metilación de un aminoácido particular presente en la histona H3 (la lisina 27) “apaga” o “reprime” algunos genes, por lo que está considerada una marca epigenética que se encuentra en todos los animales multicelulares, desde los seres humanos a unos diminutos gusanos redondos llamados C. elegans.

Los científicos usaron este tipo de gusanos para su estudio y este tipo concreto de metilación o marca epigenética para tratar de averiguar cómo esta se transmitía entre generaciones y entre células.

Marcas epigenéticas que desaparecen

Para ello, crearon gusanos con una mutación genética que elimina a la enzima responsable de hacer la marca de metilación, y los cruzaron con gusanos corrientes.

Por otra parte, usaron etiquetas fluorescentes para señalar tanto los cromosomas con marca epigenética como los que no tenían marca epigenética (mutados); y para poder seguir sus destinos con el microscopio (desde que se encontraban en óvulos y espermatozoides hasta que pasaron a las células en división de embriones en crecimiento, tras la fertilización).

Al principio, los embriones fruto de óvulos mutantes (sin marca epigenética) fecundados con espermatozoides normales presentaron seis cromosomas con la metilación corriente (procedentes de los espermatozoides) y seis cromosomas sin marcas epigenéticas o “desnudos” (procedentes de los óvulos).

A medida que los embriones se fueron desarrollando, sus células replicaron sus cromosomas y los dividieron. Se constató entonces que, cuando un cromosoma con marca epigenética se replicaba, sus dos cromosomas descendientes también estaban marcados. Pero, sin la enzima necesaria para la metilación de las histonas (carencia debida a la manipulación genética realizada en el óvulo), esas marcas epigenéticas se fueron diluyendo progresivamente, con cada división celular.

Por tanto, la marca epigenética se fue perdiendo progresivamente, por la ausencia de la enzima: Permaneció brillante en el embrión unicelular, menos brillante tras la división celular, y aún menos en el embrión de cuatro células. Cuando el embrión alcanzó entre 24 y 48 células, la marca ya no se distinguía.

Marcas epigenéticas que se mantienen

Posteriormente, los científicos hicieron el experimento inverso: fertilizaron óvulos normales (con la marca epigenética) con esperma mutante (sin marca epigenética).

Normalmente, es en los óvulos –y no en el esperma- donde se encuentra una enzima de metilación llamada PRC2 por lo que, en este caso, los embriones derivados de esta segunda fecundación tuvieron –como los primeros- seis cromosomas con marca epigenética (de los óvulos) y seis sin marca epigenética (del esperma); pero también tenían la enzima PRC2.

“Cuando observamos los cromosomas a través de las divisiones celulares, comprobamos que los marcados (con la mutación epigenética) permanecieron marcados, porque la enzima seguía restaurando la marca; pero los cromosomas “desnudos” (sin marca epigenética) también se mantuvieron tal y como estaban, división tras división", explica Susan Strome, una de las autoras del estudio, en un comunicado de la UCSC.

Según la investigadora, este punto demuestra “que el patrón de las marcas epigenéticas que se heredan es transmitido a través de múltiples divisiones celulares”.

El hallazgo de la transmisión de la metilación de las histonas en el C. elegans tiene importantes implicaciones en otros organismos, porque todos los animales utilizan la misma enzima para crear la misma marca de metilación, como una señal para la represión de genes. También porque, según Strome, dado que “la herencia epigenética transgeneracional no es un campo resuelto”, ahora “tenemos un ejemplo específico de memoria epigenética transmitida, que podemos ver al microscopio”.

La comprensión de cómo funciona y se hereda la epigenética es asimismo crucial porque el código epigenético de los organismos puede evolucionar más rápido que el genético e influir fuertemente en los rasgos biológicos, mediante mecanismos aún poco conocidos. Algunos especialistas han señalado que es posible que los seres vivos y los humanos tengamos un mecanismo epigenético activo que, además de controlar nuestras características biológicas, pase a la descedencia.

Referencia bibliográfica:

L. J. Gaydos, W. Wang, S. Strome. H3K27me and PRC2 transmit a memory of repression across generations and during development. Science (2014). DOI: 10.1126/science.1255023.