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Referencia: American Institute of Biological Sciences .
“Behavioral Epigenetics: How Nurture Shapes Nature”
por Tabitha M. Powledge
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Traducido parcialmente: - Top (traducido) - Learning and remembering (traducido) - The influence of mom and dad - Imprinting - Epigenetics through the generations - Toward the future of epigenetics (traducido) - Footnotes
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Los gemelos idénticos tienen los mismos genes. Sin embargo, como individuos, pueden ser muy distintos en sus comportamientos, su personalidad, su salud e incluso en su apariencia, y tienden a crecer muy diferente a medida que envejecen. Entonces, ¿cómo puede ser que genes que parecen idénticos produzcan efectos tan diferentes?


La epigenética puede funcionar de manera significativa durante el desarrollo temprano y en respuesta a una variedad de factores desencadenantes ambientales. Algunos de los mecanismos implicados se cree que la metilación del ADN, el empaquetamiento del ADN por las histonas y las modificaciones de éstas. Illustration: National Institutes of Health.
En gran parte, la respuesta de los científicos piensan que es la epigenética, o cómo el medio moldea la naturaleza. Los mecanismos epigenéticos son eventos moleculares que gobiernan la forma en que el medio ambiente regula los genomas de los organismos. Los procesos epigenéticos conducen a  diferencias individuales en la apariencia, la fisiología, la cognición y el comportamiento del grupo de rasgos conocidos como fenotipo. Los científicos están en las primeras etapas de esta investigación. El objetivo es hacer palanca para abrir una de más desafiantes cajas negras de la naturaleza: la explicación de cómo las experiencias de vida se transmutan en cambios persistentes en la función y el comportamiento del cuerpo.

En su breve historia, la investigación epigenética se ha concentrado principalmente en el desarrollo temprano de los organismos. Una parte de estas investigaciones es el desarrollo de la conducta, y esta línea de investigación ahora tiene su propio nombre: Epigenética del comportamiento, que se refiere al estudio de cómo las señales del entorno desencadenan cambios biológicos moleculares que modifican a su vez las células cerebrales. Aquí, el término medio ambiente abarca casi todo lo que sucede en cada etapa de la vida: experiencia social, nutrición, hormonas, las exposiciones toxicológicas que se producen antes y después del nacimiento, y en la edad adulta. Si la investigación sobre epigenética está en su infancia, la investigación sobre epigenética del comportamiento está en fase embrionaria.

A pesar de su estado embrionario, la epigenética del comportamiento ya es un tema muy amplio, lleno de complejidades que crecen cada día de forma más intrincada. Los descubrimientos parecen conducir no a la iluminación, sino a más preguntas, y no tenemos espacio aquí para tocar sino apenas unos pocos. Sin embargo, la epigenética del comportamiento se ha mantenido como prometedora dilucidación, y tal vez, incluso resolver inmensos problemas médicos, como el retraso mental, el autismo, la esquizofrenia y los trastornos neurodegenerativos, e incluso los desafíos sociales, como el envejecimiento, la adicción, el suicidio, el abuso o el abandono infantil.

Aprender y recordar

La base de toda conducta es el aprendizaje y la memoria. Las modificaciones epigenéticas a un número de genes, se ha demostrado ahora que cuentan para el aprendizaje y el recuerdo.

El director del McKnight Brain Institute en la Universidad de Alabama en Birmingham, J. David Sweatt, apunta a un sorprendente paralelismo entre los procesos de desarrollo y los mecanismos de la memoria (cambios impulsados ​​por la experiencia) en el sistema nervioso adulto. "No se trata sólo que la memoria de desarrollo y comportamiento sean prácticamente análogas, sino que más bien son homólogas molecularmente". El dos procesos epigenéticos más estudiados, la regulación de la estructura del ADN en tres dimensiones y sus proteínas asociadas, más los ajustes químicos al ADN a través de mecanismos tales como la modificación de la histona, son esenciales tanto en el desarrollo y en la formación de la memoria a largo plazo. "Es como si la evolución se haya mostrado muy eficiente en el conjunto de mecanismos moleculares que utilizan las células para desencadenar cambios persistentes. Utiliza estos mecanismos del desarrollo cuando está modelando el organismo, cuando se torna de célula madre embrionaria en una neurona o una célula del hígado, luego, el sistema nervioso adulto ha cooptado algunos de esos mismos mecanismos para desencadenar la experiencia de la que depende, persistiendo el cambio en la función de las neuronas en el sistema nervioso."

Varios estudios han establecido que tanto la metilación del ADN como las modificaciones de histonas son esenciales para aprender y recordar. Algunos ejemplos se basan en el condicionamiento del miedo, bajo el cual los ratones aprenden a mostrar temor a un sitio en particular donde han sido sometidos a descargas eléctricas. Después de este condicionamiento, la metiltransferasa del ADN, una enzima que adjunta un grupo metilo al ADN, aumenta en el hipocampo, la región del cerebro donde se forjan los recuerdos. La inhibición de dicha enzima evita la formación de los recuerdos. La formación de los recuerdos y la evocación de este miedo contextual también aumenta la acetilación de las histonas en el hipocampo. El bloqueo de la acetilación de histonas, por tanto, interfiere con el comportamiento, por lo general, asociado con el miedo, pero el bloqueo de desacetilación invierte estos efectos y también fortalece la formación de los recuerdos del miedo.

Solía ser, y hasta cierto punto sigue siendo, que los investigadores creían que una vez estaban estaban hechas las marcas epigenéticas (en particular la metilación del ADN), eran inmutables, salvo en los casos especiales, como el cáncer. El dogma central dictaba que esas marcas se establecieron cuando se determinó el destino celular, y que eran inmutables para todo el tiempo de vida de un animal.

Actualmente, el mensaje final del laboratorio de Sweatt y el de otros pioneros en la epigenética del comportamiento del sistema nervioso de los mamíferos, como Michael Meaney del Hospital Douglas y Moshe Szyf de McGill, ambos en Montreal, y de Eric Nestler en el Monte Sinaí en Nueva York, es justo lo contrario. Según ha demostrado los últimos trabajos de laboratorio en este nuevo campo, avanza Sweatt, existe una regulación dinámica de las marcas epigenéticas en las células no divididas del sistema nervioso maduro. Al menos un subconjunto de genes se someten a una desmetilación y remetilación activa, la cual es impulsada por el medio ambiente o la experiencia. Este dinamismo, dice, puede conducir a cualquiera de los cambios funcionales transitorios o persistentes en el sistema nervioso.

El reciente trabajo de Sweatt concierne al papel potencial de la metilación del ADN en la regulación del almacenamiento de la memoria a largo plazo de la corteza. Él y sus colegas, han informado de que al poner los inhibidores de metiltransferasa de ADN en la corteza cingulada anterior de un animal un mes después de que haya aprendido algo, se borra en parte la memoria, disminuyendola a la mitad. El papel de la metilación del ADN en el almacenamiento de la memoria a largo plazo es en estos momentos una pregunta muy abierta y el enfoque principal en su laboratorio, señala Sweatt.

Sweatt cree que la comprensión del papel de los mecanismos epigenéticos en la regulación de la biología celular fundamental será transformadora, y opina que "es un poco como el advenimiento de la biología molecular en las ciencias biológicas de los años 70. Estos mecanismos moleculares epigenéticos van a impregnar todos los aspectos de la biología celular funcional hasta acabar por resolverse. "Al igual que otros investigadores, se hace hincapié en que la realización de tan enorme promesa de la epigenética llevará una enorme cantidad de trabajo y tiempo. Entre tanto, los investigadores farmacéuticos han pasado a la acción. Sus publicaciones son objeto de un número creciente de artículos sobre las perspectivas de la explotación de los mecanismos epigenéticos para la terapia farmacológica.

Los obstáculos que quedan a la investigación epigenética también son enormes. Champagne hace hincapié en el grado de control necesario en una instalación de laboratorio para animales con el fin de realizar estudios epigenéticos durante varias generaciones. También señala que los estudios en humanos son limitados, ya que el acceso a los tejidos es limitado. Conseguir el tejido cerebral de humanos que viven no es una opción, y no está claro que la sangre sea un tejido sustituto aceptable, especialmente para la epigenética del comportamiento. "Necesitamos hacer mucho más trabajo que eso", dice.

Tal vez aún más difícil que los obstáculos de laboratorio es la tarea de gestionar y compartir los muchos terabytes de datos que la investigación epigenómica genera. Así se lamentaban el pasado año miembros del National Institutes of Health Roadmap Epigenomics Mapping Consortium: "El volumen y la complejidad de los datos generados por el consorcio han empujado hacia sus límites a las herramientas de análisis y visualización existentes."

Mas si en alguna fecha futura, la reprogramación epigenética de las células, especialmente de las neuronas, parece potencialmente probable que pueda fijar (o incluso prevenir) los trastornos mentales, el envejecimiento y las enfermedades sociales, como la adicción y el suicidio, ¿cuánto tiempo pasará antes de que podamos manipular tales mejoras epigenéticas?

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Publicación: Oxford JournalsScience & Mathematics BioScience Volume 61, Issue 8Pp. 588-592. --BioScience (2011) 61 (8): 588-592.doi: 10.1525/bio.2011.61.8.4.
Índice:
- Top (traducido)
- Learning and remembering (traducido)
- The influence of mom and dad
- Imprinting
- Epigenetics through the generations
- Toward the future of epigenetics (traducido)
- Footnotes

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