Por encima de la genética

¿Por qué dos gemelos que comparten el mismo ADN no son iguales? El objetivo de este artículo es responder esta pregunta entendiendo un poco más el comportamiento del cuerpo humano.

Cuando pensamos en dos gemelos monocigotos, los cuales vienen de la fecundación de un solo óvulo con un solo espermatozoide [1] y que por tanto comparten el 100% de su ADN, cabe esperar que ambos sean 100% idénticos. Sin embargo, a pesar de haber nacido y haberse criado en el mismo lugar, a medida que avanzan los años los gemelos van perdiendo sus similitudes y cada vez se parecen menos. No me estoy refiriendo únicamente a sus rasgos físicos, sino también a su forma de ser, sus habilidades e incluso a la posibilidad de sufrir distintas enfermedades en el futuro.

De la misma manera, en nuestro cuerpo tenemos millones de células, todas ellas con la misma información en el ADN. Sin embargo, cada célula es y actúa de manera diferente. Por ejemplo, no es lo mismo un melanocito (célula de la piel encargada de dar color a la misma), que una neurona (célula del cerebro encargada de recibir y transmitir la información al resto del organismo).

Es aquí donde surge la gran pregunta: ¿Cómo dos gemelos pueden ser tan diferentes si comparten el mismo ADN? ¿Cómo pueden dos células del organismo comportarse de manera tan distinta si tienen la misma secuencia de ADN? La respuesta es la epigenética. Como su propio nombre indica, por encima de la genética [2].

Para entender el término epigenética, empezaremos recordando nociones básicas de la biología molecular. Como sabemos, el ADN contiene la información genética que determina cómo somos y qué aspecto tenemos, es decir establece nuestros rasgos.  Sin embargo, esta información no viene determinada únicamente por la secuencia de ADN, sino también por la forma en la que ésta se lee. Dentro de la secuencia de ADN encontramos los genes, fragmentos que contienen la información necesaria para formar las proteínas, que son las moléculas que actúan como herramientas y le permiten a la célula funcionar. Decimos que un gen se expresa, cuando este fragmento de ADN es leído y da lugar a su proteína [3]. Dentro de una misma célula, la expresión de los genes está en constante cambio, una célula va expresando o no genes según los necesite. Esto le permite adaptarse a los cambios constantes que están en su entorno. El mecanismo gracias al cual una célula es capaz de “encender o apagar” genes según las necesidades del momento es la epigenética.

Pero ¿en qué consiste la epigenética? Consiste en añadir o quitar marcas químicas de manera reversible en el ADN sin alterar su secuencia, pero modificando la capacidad de que este sea o no leído [4]. Si hacemos un símil, podemos entender al ADN como un texto y a la epigenética como el conjunto de pautas con las que lo leemos. De tal manera que un mismo libro (ADN) puede ser leído de izquierda a derecha, saltando palabras, repitiendo frases… lo que hace que el mensaje del texto cambie.

Existen diferentes marcas epigenéticas. Una de las más conocidas y la que estudiamos en nuestro grupo de investigación es la metilación del ADN, la adicción de un grupo metilo a secuencias concretas del ADN. Este grupo metilo unido al ADN, hace que este se compacte, impidiendo que se unan a este fragmento las proteínas necesarias para leer el gen concreto, por lo que este gen quedará inactivado [5]. Continuando con el símil, imaginemos el ADN como un libro y a cada página como un gen. Si añadimos una pegatina (grupo metilo) en una página, no se va a poder leer y por tanto el gen no se expresará. Hay que destacar que estas modificaciones epigenéticas son reversibles, es decir, en un momento dado se puede retirar la pegatina de la página para que el gen pueda expresarse. Por lo tanto, la epigenética es capaz de cambiar la forma en la que se lee una misma información genética, simplemente poniendo o quitando moléculas químicas. De manera que activa o desactiva genes concretos.

Llegados a este punto, si hemos entendido que es la epigenética somos capaces de responder a nuestra pregunta inicial. Dos gemelos con el mismo ADN van a ser distintos porque su epigenética es distinta. Nunca van a estar expresando los mismos genes en los mismos momentos. Además, en este punto es importante destacar que las características del entorno y el estilo de vida (sueño, ejercicio, tabaco, dieta…) influyen en la epigenética.

Igualmente, a pesar de que todas las células de nuestro cuerpo tienen la misma información en el ADN, cada célula tiene marcas epigenéticas distintas que hacen que mantenga activos los genes que le interesan para formar las proteínas que le van a permitir actuar y especializarse en funciones concretas.

Tras leer estos párrafos os habréis dado cuenta de la importancia biológica de la epigenética. A nosotras nos parece fascinante y por ello en nuestro grupo de investigación estudiamos la metilación del ADN. Intentamos conocer mejor el mecanismo molecular por el que tiene lugar y su comportamiento y alteraciones en enfermedades como el cáncer, con el fin de poder trasladar nuestro conocimiento a la práctica clínica [6,7]. Además, intentamos utilizar las alteraciones de la metilación en el ADN como una marca que nos permita el diagnóstico temprano del cáncer de hígado, al ser detectada en el ADN que circula en el plasma de los pacientes, lo que se conoce como biopsia líquida. Pero esta ya es otra historia que dejaremos para otra ocasión.

Referencias:

[1]. Craig JM, Calais-Ferreira L, Umstad MP, Buchwald D. The Value of Twins for Health and Medical Research: A Third of a Century of Progress. Twin Res Hum Genet. 23(1):8-15. 2020; https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31983355/

[2]. Deans C, Maggert KA. What do you mean, «epigenetic»? Genetics. 199(4):887-96. 2015.https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25855649/

[3]. Crick F. Central dogma of molecular biology. Nature. 227(5258):561-3. 1970. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/4913914/

[4]. Hamilton JP. Epigenetics: principles and practice. Dig Dis. 29(2):130-5. 2011. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3134032/

[5]. Moore LD, Le T, Fan G. DNA methylation and its basic function. Neuropsychopharmacology. 38(1):23-38. 2013. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/22781841/

[6]. Recalde M, Gárate-Rascón M, Elizalde M, Azkona M, Latasa MU, Bárcena-Varela M, Sangro B, Fernández-Barrena MG, Ávila MA, Arechederra M, Berasain C. The splicing regulator SLU7 is required to preserve DNMT1 protein stability and DNA methylation. Nucleic Acids Res. 49(15):8592-8609. 2021. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8421144/

 

[7]. Recalde M, Gárate-Rascón M, Herranz JM, Elizalde M, Azkona M, Unfried JP, Boix L, Reig M, Sangro B, Fernández-Barrena MG, Fortes P, Ávila MA, Berasain C, Arechederra. DNA Methylation Regulates a Set of Long Non-Coding RNAs Compromising Hepatic Identity during Hepatocarcinogenesis. Cancers (Basel). 2022 Apr 19;14(9):2048. https://www.mdpi.com/2072-6694/14/9/2048/htm

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About the Author: mrecalde

Realizó el grado de Bioquímica en la Universidad de Navarra y el máster de Bioquímica, Biología molecular y Biomedicina en la Universidad Complutense de Madrid. Actualmente realiza el doctorado en el grupo de la Dra. Carmen Berasain en el Programa de Hepatología del Centro de Investigación Médica Aplicada (CIMA) con una ayuda FPI. Su investigación se centra en el estudio de la epigenética en el cáncer de hígado.

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One Comment

  1. Antonio 2022/10/19 at 1:29 pm - Reply

    Ademas de la epigenética esta el mosaicismo, que emerge durante las primeras divisiones del embrión.

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