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» » » La memoria epigenética pasa de generación en generación

Referencia: Phys.org.news , 18 de septiembre 2014

Un creciente cuerpo de evidencia sugiere que el estrés ambiental pueden causar cambios en la expresión de los genes que se transmiten de padres a hijos, por lo que la "epigenética" es un tema candente. Las modificaciones epigenéticas no afectan a la secuencia de ADN de los genes, pero cambian en cómo se empaqueta el ADN y cómo se expresan los genes. Ahora, un estudio realizado por científicos de la Universidad de California, Santa Cruz, muestra cómo la memoria epigenética puede haber pasado a través de generaciones y de célula a célula durante el desarrollo.

Esta imagen muestra la herencia y la transmisión de la marca epigenética H3K27me3 en C. elegans. El embrión de la célula 1 (izquierda) muestra la marca (verde) heredada en los cromosomas del esperma, pero no en los cromosomas de los ovocitos (rosa) aportado por una madre mutantes que carecen de la enzima de metilación PRC2. El embrión de la célula 2 (derecha) muestra la transmisión de la marca en los cromosomas del esperma derivados de cada núcleo hijo. Crédito: Laura J. Gaydos
El estudio, publicado el 19 de septiembre en Science, se centró en una bien estudiada modificación epigenética, la metilación de una proteína de empaquetamiento del ADN llamada histona H3. La metilación de un aminoácido en particular (lisina 27) en la histona H3, es conocida porque desactiva o "reprime" los genes, y esta marca epigenética se encuentra en todos los animales multicelulares, desde los seres humanos hasta el diminuto y redondeado gusano C. elegans que se utilizó en este estudio .

"Existe un debate en curso sobre si la marca de metilación pueden ser transmitidas a través de las divisiones celulares y a través de generaciones, y hemos demostrado ahora que sí", afirmó la autora Susan Strome, profesora de biología del desarrollo, molecular y celular en la Universidad de California, Santa Cruz.

El laboratorio de Strome creó unos gusanos con una mutación que elimina a la enzima responsable de hacer la marca de metilación, luego los cruzaron con los gusanos normales. Usando marcadores fluorescentes, rastrearon el destino de los cromosomas marcados y no marcados bajo el microscopio, tanto de óvulos y espermatozoides como de las células en división de los embriones después de la fecundación. Los embriones de los óvulos fecundados por los espermatozoides mutantes normales tuvieron seis cromosomas metilados (de espermatozoides) y seis sin marcar o cromosomas "desnudos" (de óvulos).

Conforme se desarrollan los embriones, las células replican sus cromosomas y se dividen. Los investigadores encontraron que cuando un cromosoma marcado se replica, los dos cromosomas hijo también están marcados. Pero sin la enzima necesaria para la metilación de histonas, las marcas se diluyen progresivamente con cada división celular.

"La marca se mantiene en los cromosomas derivados del cromosoma inicial que tenga la marca, pero no es suficiente para que la marca de ambos cromosomas hijos se carguen completamente," dijo Strome. "Así que la marca es brillante en un embrión unicelular, menos brillante después de la siguiente división celular, y aún más tenue en un embrión de cuatro células, y alrededor de 24 a 48 células desaparece completamente."

Los investigadores entonces hicieron el experimento inverso, fertilizaron óvulos normales con espermatozoides mutantes. La enzima de metilación (llamada PRC2) normalmente está presente en los óvulos, pero no en el esperma, los cuales no contribuyen mucho más que sus cromosomas para el embrión. Así que, los embriones, en el nuevo experimento todavía tenía seis cromosomas desnudos (esta vez desde los espermatozoides) y seis cromosomas marcados, pero ahora también tenían la enzima.

"Es destacable que, cuando vemos los cromosomas a través de las divisiones celulares, los cromosomas marcados permanecen marcados y se mantienen brillantes, porque la enzima conserva la restauración de la marca, pero los cromosomas desnudos siguen desnudos división tras división," explicó Strome. "Esto demuestra que el patrón de marcas de que fue heredado se transmite a través de múltiples divisiones celulares."

Strome apunta que los hallazgos de este estudio sobre la transmisión de la metilación de histonas en el C. elegans tiene importantes implicaciones en otros organismos, a pesar de que los diferentes organismos utilizan un marcador represivo que ya se ha estudiado, capaz de regular diferentes genes en diferentes aspectos del desarrollo. Todos los animales usan la misma enzima para crear la misma marca de metilación como una señal para la represión de genes, y sus colegas que estudian la epigenética de los ratones y de los seres humanos están entusiasmados con los nuevos hallazgos, señaló Strome.

"La herencia epigenética transgeneracional no es un campo resuelto, ya que es muy fluctuante," añadió ella. "Hay docenas de potenciales marcadores epigenéticos. En los estudios que documentan la herencia  epigenética de padre a hijos, no está claro lo que se transmite, y la comprensión molecular es muy complicada. Sólo tenemos un ejemplo específico de una memoria epigenética que se transmite, y lo podemos ver en el microscopio. es tan sólo una pieza del rompecabezas."


- Publicación: "H3K27me and PRC2 transmit a memory of repression across generations and during development," by L.J. Gaydos et al. Science, 2014: www.sciencemag.org/lookup/doi/… 1126/science.1255023.
- Fuente: Science, vía University of California - Santa Cruz
- Imagen: Esta imagen muestra la herencia y la transmisión de la marca epigenética H3K27me3 en C. elegans. El embrión de la célula 1 (izquierda) muestra la marca (verde) heredada en los cromosomas del esperma, pero no en los cromosomas de los ovocitos (rosa) aportado por una madre mutantes que carecen de la enzima de metilación PRC2. El embrión de la célula 2 (derecha) muestra la transmisión de la marca en los cromosomas del esperma derivados de cada núcleo hijo. Crédito: Laura J. Gaydos

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