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Epigenoma

El epigenoma (del griego epi, en o sobre, -genoma)[1]​ se refiere a una red de compuestos químicos que rodean el ADN que modifican el genoma sin alterar las secuencias del ADN y participan en la determinación de qué genes están activos.[2]​ Es decir, el epigenoma comprende todos los compuestos químicos que se han agregado al ADN como una forma de regular la actividad génica. Los compuestos químicos del epigenoma no son parte de la secuencia del ADN, pero están en el ADN o unidos a él.[3]​

Células diferentes tienen diferentes marcas epigenéticas. Estas marcas epigenéticas, que no forman parte de la propia molécula de ADN, pueden ser transmitidas a las células hijas durante la división celular, y de una generación a la siguiente.[4]​En el epigenoma se encuentran los cambios químicos en el ADN y las proteínas nucleares histonas de un organismo; estos cambios pueden transmitirse a la descendencia de un organismo, a través de la herencia epigenética transgeneracional varada. Los cambios en el epigenoma pueden provocar cambios en la estructura de la cromatina y, por tanto, cambios en la función del genoma.[5]​

Epigenoma esquemático compuesto por: ADN (hebra naranja) + proteína histona (cilindro azul) + elementos externos (esferas verdes).

El epigenoma también se refiere a modificaciones del ADN (por ejemplo, metilación de CpG), interacciones proteína-ADN, modificaciones de histonas y organización de la cromatina que influyen colectivamente en la expresión génica, la regulación y la estabilidad del genoma. Estas características son hereditarias durante la división celular, pero dinámicas durante el desarrollo, generando perfiles que son exclusivos en tejidos y células.[6]​

El epigenoma participa en la regulación de la expresión génica, el desarrollo, la diferenciación de tejidos y la supresión de elementos transponibles. A diferencia del genoma subyacente, que permanece en gran parte estático dentro de un individuo, el epigenoma puede ser alterado dinámicamente por las condiciones ambientales.[7]​

Cambios en el epigenoma

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Artículo principal: Epigenética

La regulación de la expresión de los genes, implica mecanismos de múltiples capas en los que las modificaciones epigenéticas, como la metilación del ADN y las modificaciones de la cola de las histonas, desempeñan un papel importante. Las modificaciones postraduccionales de histonas en algunos de sus aminoácidos específicos, determinan la estructura de la cromatina y, por tanto, la accesibilidad a los promotores de genes y las regiones reguladoras.[8]​

Los cambios epigenéticos pueden ayudar a determinar si los genes están activados y pueden influir en la producción de proteínas de ciertas células. Por ejemplo, las proteínas que promueven el crecimiento de los huesos no se producen en las células musculares. Los patrones de modificación epigenética varían entre individuos, diferentes tejidos en un individuo e incluso diferentes células.

 
Mecánica del epigenoma

Efectos de cambios en el epigenoma

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Los cambios en el epigenoma (factores que son determinados por el ambiente celular y no por los genes) provocan cambios en la estructura de la cromatina y, por tanto, cambios en la función del genoma.[5]​[9]​ Las cosas que le pasan a alguien a lo largo de su vida pueden cambiar la forma en que se expresa su ADN, y ese cambio puede transmitirse a la próxima generación.[10]​[11]​Las exposiciones ambientales durante el desarrollo fetal y postnatal temprano, pueden conducir a una mayor incidencia de enfermedades de aparición tardía en la edad adulta. Esos factores ambientales incluyen: anomalías nutricionales, estrés y exposición a sustancias tóxicas.[12]​[11]​
La exposición del feto a bisfenol A conduce a anormalidades inmunes. El tabaquismo materno conduce a un aumento de la enfermedad pulmonar en la edad adulta. Los defectos de nutrición conducen a la hipertensión en la descendencia y la exposición a drogas terapéuticas como la dexametasona conduce a defectos vasculares.
En la edad adulta se ha demostrado que los factores ambientales afectan a la próxima generación F2.[10]​ Los efectos sobre la generación F1 y F2 pueden deberse a la exposición multigeneracional directa al factor ambiental. Si una hembra gestante se define como la generación fundadora F0, entonces la descendencia fetal es la generación F1, y las células germinales presentes en esos fetos en desarrollo eventualmente se convertirán en los óvulos o espermatozoides que formarían la generación F2.[13]​

Cáncer

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La epigenética es un tema actualmente activo en la investigación del cáncer. Los tumores humanos sufren una alteración importante de los patrones de modificación de histonas y metilación del ADN. El paisaje epigenético aberrante de la célula cancerosa se caracteriza por una hipometilación genómica global, hipermetilación del promotor de isla CpG de genes supresores de tumores, un código de histona alterado para genes críticos y una pérdida global de histona H4 monoacetilada y trimetilada.

Proyectos de investigación de epigenomas

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Human Epigenome Pilot Project

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Como preludio de un posible Proyecto de Epigenoma Humano, el Proyecto Piloto de Epigenoma Humano (Human Epigenome Pilot Project) tiene como objetivo identificar y catalogar las Posiciones Variables de Metilación (MVP) en el genoma humano.[14]​ Los avances en la tecnología de secuenciación ahora permiten analizar estados epigenómicos de todo el genoma mediante múltiples metodologías moleculares.[15]​ Se han construido o propuesto dispositivos a micro y nanoescala para investigar el epigenoma.[16]​

En 2010 comenzó un esfuerzo internacional para analizar epigenomas de referencia en forma del Consorcio Internacional de Epigenoma Humano (IHEC).[17]​[18]​[19]​Los miembros de IHEC tienen como objetivo generar al menos 1000 epigenomas humanos de referencia (línea de base) a partir de diferentes tipos de células humanas normales y relacionadas con enfermedades.[20]​[21]​

Roadmap Epigenomics Project

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Uno de los objetivos del Roadmap Epigenomics Project de 2015 del NIH[22]​ es generar epigenomas humanos de referencia a partir de individuos normales y sanos a través de una gran variedad de líneas celulares, células primarias y tejidos primarios. Los datos producidos por el proyecto, se pueden buscar y descargar del Atlas del Epigenoma Humano desde 2009.[23]​Los datos se dividen en cinco tipos que analizan diferentes aspectos del epigenoma y los resultados de los estados epigenómicos (como la expresión génica):

Los epigenomas de referencia para individuos sanos permitirán el segundo objetivo del Roadmap Epigenomics Project, que es examinar las diferencias epigenómicas que ocurren en estados patológicos como la enfermedad de Alzheimer.

Recurso EN-Tex

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Con donantes de origen europeo se estudió la actividad de todos los genes; toda la colección de marcas epigenómicas en 30 tipos diferentes de tejidos. Este recurso aporta, por primera vez, información de ambas copias (paterna y materna) de los cromosomas de cada individuo.[26]​ La actividad epigenética entre la combinación de alelos de diferentes loci de un cromosoma, que se transmiten juntos (el haplotipo), se puede medir con precisión tomando el alelo de referencia como punto de partida. Al utilizar un genoma diploide, los loci heterocigotos pueden distinguir secuencias de cada uno de los dos cromosomas parentales (haplotipos) que dan lugar a señales moleculares distintas de cada uno.[27]​

Véase también

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Referencias

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  1. ↑ «Epigenoma | NHGRI». Genome.gov. Consultado el 30 de diciembre de 2023. 
  2. ↑ OMS, OPS (ed.). «Epigenoma». Descriptores en Ciencias de la Salud, Biblioteca Virtual de Salud. 
  3. ↑ «¿Qué es la epigenética?: MedlinePlus Genetics». medlineplus.gov. Consultado el 30 de diciembre de 2023. 
  4. ↑ «Epigenoma | NHGRI». Genome.gov. Consultado el 18 de octubre de 2021. 
  5. ↑ a b Bernstein, Bradley E.; Meissner, Alexander; Lander, Eric S. (23 de febrero de 2007). «The mammalian epigenome». Cell 128 (4): 669-681. ISSN 0092-8674. PMID 17320505. doi:10.1016/j.cell.2007.01.033. 
  6. ↑ Gershman, Ariel; Sauria, Michael E.G.; Guitart, Xavi; Vollger, Mitchell R.; Hook, Paul W.; Hoyt, Savannah J.; Jain, Miten; Shumate, Alaina et al. (2022-04). «Epigenetic patterns in a complete human genome». Science (en inglés) 376 (6588). ISSN 0036-8075. PMC 9170183. PMID 35357915. doi:10.1126/science.abj5089. 
  7. ↑ Laura Elnitski. «Epigenoma». NIH. Consultado el 8 de abril de 2021. S.}}
  8. ↑ Figueroa M.E., Reimers M., Thompson R.F., Ye K., Li Y., Selzer R.R., Fridriksson J., Paietta E., Wiernik P., Green R.D., Greally J.M. (2008). «An Integrative Genomic and Epigenomic Approach for the Study of Transcriptional Regulation». PLoS ONE (Public Library of Science) 3 (3): e1882. doi:10.1371/journal.pone.0001882.   
  9. ↑ «Epigenómica». National Human Genome Research Institute. NIH. 2019. Consultado el 8 de abril de 2021. 
  10. ↑ a b Martha Henriques (4 de mayo de 2019). «Qué es la epigenética y cómo explica que los hijos hereden los traumas de los padres». BBC-Future. Consultado el 8 de abril de 2021. 
  11. ↑ a b Casavilca-Zambrano S., Cancino-Maldonado K., Jaramillo-Valverde L., Guio H. (2019). «Epigenética: la relación del medio ambiente con el genoma y su influencia en la salud mental.». Rev Neuropsiquiatr (Artículo de revisión) (Lima, Perú: SciELO) 82 (4). Consultado el 8 de abril de 2021. 
  12. ↑ Environmental epigenomics and disease susceptibility (2007). «Jirtle R.L., Skinner M.K.». Review Nat Rev Genet (en inglés) 8 (4): 253-262. doi:10.1038/nrg2045. Consultado el 8 de abril de 2021. 
  13. ↑ Nilsson E., Larsen G., Manikkam M., Guerrero-Bosagna C., Savenkova M.I., Skinner M.K. (2012). «Environmentally Induced Epigenetic Transgenerational Inheritance of Ovarian Disease». PLoS ONE (en inglés) 7 (5): e36129. doi:10.1371/journal.pone.0036129. Consultado el 8 de abril de 2021. 
  14. ↑ «Human Epigenome Project». Archivado desde el original el 16 de julio de 2011. Consultado el 29 de junio de 2011. 
  15. ↑ Milosavljevic, Aleksandar (June 2011). «Emerging patterns of epigenomic variation». Trends in Genetics 27 (6): 242-250. PMC 3104125. PMID 21507501. doi:10.1016/j.tig.2011.03.001. 
  16. ↑ Aguilar, Carlos; Craighead, Harold (4 de octubre de 2013). «Micro- and nanoscale devices for the investigation of epigenetics and chromatin dynamics». Nature Nanotechnology 8 (10): 709-718. Bibcode:2013NatNa...8..709A. PMC 4072028. PMID 24091454. doi:10.1038/nnano.2013.195. 
  17. ↑ «Time for the epigenome». Nature 463 (7281): 587. 4 de febrero de 2010. ISSN 1476-4687. PMID 20130607. doi:10.1038/463587a. 
  18. ↑ Abbott, Alison (4 de febrero de 2010). «Project set to map marks on genome». Nature 463 (7281): 596-597. ISSN 1476-4687. PMID 20162836. 
  19. ↑ Bae, JB. (2013). «Perspectives of international human epigenome consortium». Genomics Inform 11 (1): 7-14. PMC 3630389. PMID 23613677. doi:10.5808/GI.2013.11.1.7. 
  20. ↑ Eurice GmbH. "About IHEC".
  21. ↑ Kanai, Yae; Arai, Eri (2014). «Multilayer-omics analyses of human cancers: Exploration of biomarkers and drug targets based on the activities of the International Human Epigenome Consortium». Frontiers in Genetics 5: 24. PMC 3924033. PMID 24592273. doi:10.3389/fgene.2014.00024. 
  22. ↑ «Roadmap Epigenomics Project». 
  23. ↑ «Epigenomics Project». 
  24. ↑ Zhu, J. (2013). «Genome-wide chromatin state transitions associated with developmental and environmental cues». Cell 152 (3): 642-654. PMC 3563935. PMID 23333102. doi:10.1016/j.cell.2012.12.033. 
  25. ↑ Harris, R Alan; Wang, Ting; Coarfa, Cristian; Nagarajan, Raman P; Hong, Chibo; Downey, Sara L et al. (19 de septiembre de 2010). «Comparison of sequencing-based methods to profile DNA methylation and identification of monoallelic epigenetic modifications». Nature Biotechnology 28 (10): 1097-1105. PMC 2955169. PMID 20852635. doi:10.1038/nbt.1682. 
  26. ↑ Cristina G. Lucio (30 de marzo de 2023). «Amplían el atlas de los 'interruptores' que encienden o apagan el genoma». El Mundo. 
  27. ↑ Joel Rozowsky , Jiahao Gao , Beatrice Borsari , Roderic Guigó , Thomas R. Gingeras , Mark Gerstein (marzo de 2023). «The EN-TEx resource of multi-tissue personal epigenomes & variant-impact models». Cell 186 (7): P1493-1511.E40,. Consultado el 7 de enero de 2024. 

Enlaces externos

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