Un gen es una unidad de información que almacena y transmite el código genético a la descendencia. El código genético o la posición de los ácidos nucleicos en los genes es la forma en que los seres vivos guardan toda la información necesaria para crear cada uno de los elementos que los conforman. Los genes no siempre están activos, sino que se encienden o apagan de acuerdo con las necesidades.
Poder apagar o encender los genes libremente es posible en la ciencia actual, permitiendo el desarrollo de tratamientos contra el cáncer y enfermedades degenerativas. Lo sé, suena bien, pero la realidad es diferente; el encendido y apagado de los genes está determinado por varios factores ambientales, nutricionales, del estilo de vida, entre otras. Te preguntarás ¿cómo esos factores influyen en la expresión genética? La respuesta es simple: algunos agentes químicos pueden alterar el encendido y apagado de los genes (su expresión y transcripción, en otras palabras) al unirse con ciertos componentes de nuestras células, incluidos los genes. Entre los agentes químicos que son capaces de alterar la expresión genética se encuentran:
Metilo: compuesto de 3 hidrógenos y 1 carbono.
Acetilo: compuesto de 1 oxígeno, 2 carbonos y 3 hidrógenos.
Fosforilo: compuesto de 1 fosfato y 3 oxígenos.
Por ejemplo, el metilo (-CH3) se une específicamente a la citosina (metilación), una de las cinco bases que forman parte de los ácidos nucleicos (figura 1). Esta unión evita que la información del gen se pueda leer y utilizar para formar una proteína (véase ADN, ARN y Proteínas). La metilación ocurre de manera natural controlando la transmisión genética, pero también puede ocurrir de forma inesperada.
Figura 1. Modificaciones Epigenéticas. P (fosforilo); Me (metilo); Ac (acetilo). El material genético se encuentra dentro de la célula condensado y empaquetado en el núcleo con la ayuda de proteínas histonas (esferas verdes). Las histonas mantienen la integridad de los genes y evitan que se enciendan de forma aleatoria. Las histonas se pueden modificar con agentes químicos evitando que se desempaqueten los genes o desempaquetándolos para ser encendidos. La metilación de citosinas en los genes evita que los genes se enciendan a pesar de estar desempaquetados.
Los genes se encuentran empaquetados dentro del núcleo celular. El empaquetamiento permite almacenar a los genes de forma organizada y eficiente. Las histonas son las proteínas encargadas de empaquetar a los genes y también pueden sufrir cambios con los mismos agentes químicos mencionados (metilo, acetilo, fosforilo). Dependiendo del cambio las histonas abrirán o cerrarán los genes permitiendo o no que puedan ser leídos y decodificados, siendo entonces otra forma en que los agentes químicos controlan que un gen esté encendido o apagado (figura 1). También más de un agente químico puede unirse a las histonas, aumentando las posibilidades de encendido y apagado de los genes.
La epigenética se encarga del estudio de estas modificaciones genéticas, que no deben confundirse con las mutaciones genéticas. A diferencia de la epigenética que estudia las moléculas químicas unidas al ADN para encender o apagar los genes sin modificar la información que almacenan, las mutaciones genéticas alteran el código genético agregando, eliminando y/o cambiando la información del genoma. Las modificaciones epigenéticas son capaces de alterar el estado de salud, pudiendo llegar a ser la solución de varias enfermedades sin el peligro de heredar los cambios a los descendientes. Imagina que dejas de producir una proteína que es importante para tu cuerpo, como la proteína que transporta glucosa a las células (Glut4), ¡Estarías en un gran problema! Pero la epigenética podría ayudarte a encender de nuevo los genes que codifican la proteína salvando tu vida.
Las modificaciones epigenéticas se han estudiado por mucho tiempo, pero aún siguen siendo difíciles de entender para su manipulación segura en laboratorios, ya que la cantidad de modificaciones posibles es enorme, y cada una puede dar lugar a resultados muy diferentes e inesperados, incluso peligrosos. Por ejemplo, se ha descubierto que algunas modificaciones epigenéticas naturales son la causa de algunas de enfermedades como el cáncer o la autoinmunidad.
Ahora sabemos qué agentes químicos pueden modificar el encendido o apagado de los genes, pero también ahora sabemos que quien se encarga de estudiar estos cambios es la epigenética.
Referencias:
Paro, R., Grossniklaus, U., Santoro, R. & Wutz, A. (2021). Introduction to epigenetics. Cham, Switzerland: Springer.
Klug, W., Cummings, M., Spencer, C., Palladino, M. & Killian, D. (2019). Concepts of genetics. NY NY: Pearson.
Brian D. Strahl & C. David Allis. (2000). The language of covalent histone modifications. Nat, 403, 41-45.