thumb|400px| Mecanismos epigenéticos La epigenética (del griego epi, 'en' o 'sobre', -genética) o epigenómica es el estudio de los mecanismos que regulan la expresión de los genes sin una modificación en la secuencia del ADN que los compone. Es decir, se centra en los procesos que inciden en la trascripción sin alterar el orden o estructura de los nucleótidos, activando o inactivando los genes, y que pueden estar causados por la edad y la exposición a factores ambientales (alimentación, ejercicio, medicamentos y sustancias químicas). Estos cambios pueden mantenerse en el tiempo y trasmitirse de padres a hijos por herencia.[Collado Guirao, Paloma (Coord.) (2024): PSICOLOGÍA FISIOLÓGICA, Ed. UNED, Madrid.] Establece la relación entre las influencias genéticas y ambientales que determinan un fenotipo.
El término epigenética fue acuñado por C.H. Waddington en 1942 para referirse al estudio de las interacciones entre los genes y el ambiente que se producen en los organismos.Waddington CH. Preliminary notes on the development of the wings in normal and mutant strains of drosophila. Proc Natl Acad Sci USA (1939);25:299-307. El biólogo escocés la definió como: «el estudio de todos los eventos que llevan al desenvolvimiento del programa genético del desarrollo» o «el complejo proceso de desarrollo que media entre genotipo y fenotipo». Se refiere al estudio de los factores que, sin corresponderse a elementos de los genes (genética clásica), juegan un papel muy importante en la genética moderna interactuando con estos. Los factores genéticos que son determinados por el ambiente celular —en lugar de por la herencia—, intervienen en la determinación de las etapas de desarrollo (ontogenia), desde la formación del cigoto (fecundación) y que igualmente interviene en la regulación heredable de la expresión génica sin corresponder a un cambio en la secuencia de nucleótidos. Se puede decir que la epigenética es el conjunto de reacciones químicas y demás procesos que modifican la actividad del ADN, pero sin alterar su secuencia de nucleótidos. Los cambios epigenéticos también pueden ocurrir en los humanos en respuesta a un cambio en la dieta. Las «marcas epigenéticas» se consideran como factores no genéticos. Las marcas epigenéticas no son genes, pero la genética moderna nos enseña que no solo los genes influyen en la genética de los organismos. Del mismo modo que definimos genoma como el conjunto completo de los genes (secuencias de ADN codificante) de un organismo, se define epigenoma como la colección completa de todas las marcas epigenéticas en el ADN de ese organismo [el conjunto de compuestos químicos que acompañan al ADN actuando sobre (epi-) el genoma, para regular la expresión de sus genes, «etiquetándolos» o marcándolos de alguna manera.]
Finalizado el Proyecto Genoma Humano en el 2003, los científicos se han dado cuenta de que hay mucho más en las bases moleculares del funcionamiento celular, el desarrollo, el envejecimiento y muchas enfermedades. La idea que se tenía hace pocos años de que los seres humanos y los demás organismos son solo predominantemente lo que está escrito en nuestros genes desde la concepción, está cambiando rápidamente, y la ciencia avanza para lograr descifrar el lenguaje que codifica las pequeñas modificaciones químicas capaces de regular la expresión de la multitud de genes.
La epigenética reinterpreta los conceptos clásicos y reconoce nuevos mecanismos a través de los cuales la información contenida en el ADN de cada individuo es traducida. Se está descifrando un nuevo lenguaje del genoma, al tiempo que debe introducirse la noción de que nuestras propias experiencias pueden marcar nuestro material genético de una forma hasta ahora desconocida, y que estas «marcas» pueden ser transmitidas a generaciones futuras. Se han distinguido mecanismos epigenéticos en una gran variedad de procesos fisiológicos y patológicos, que incluyen por ejemplo varios tipos de cáncer, patologías cardiovasculares, neurológicas, reproductivas e inmunes.
Aplicaciones del término
Dependiendo de la disciplina biológica, el vocablo «epigenética» tiene diversos significados:García Azkonobieta, T.(2005). Evolución, desarrollo y (auto)organización. Un estudio sobre los principios filosóficos de la evo-devo : tesis doctoral. Universidad del País Vasco, Donostia-San Sebastián. En genética del desarrollo, la epigenética hace referencia a los mecanismos de regulación genética que no implican cambios en las secuencias de ADN. En biología del desarrollo, hace referencia a la dependencia contextual de los procesos embriológicos. El contexto incluye factores epigenéticos tanto internos (materiales maternos, propiedades genéricas físicas y autoorganizativas de las células y los tejidos, procesos de regulación genética, dinámica celular y tisular) como externos (temperatura, humedad, luz, radiación, etc.). En biología evolutiva, la denominación herencia epigenética engloba a los mecanismos de herencia no genéticos. En genética de poblaciones se emplea la expresión variación epigenética para denominar a la variación fenotípica que resulta de diferentes condiciones ambientales (norma de reacción). Los cambios epigenéticos son cambios reversibles de ADN que hacen que unos genes se expresen o no, dependiendo de condiciones exteriores (polifenismo). En la prevención del cáncer, en los últimos años se han desarrollado tecnologías que permiten prever el comportamiento de los genes, y la industria farmacéutica ha mostrado un enorme interés en el desarrollo de fármacos que controlen dichos cambios epigenéticos. Los ensayos clínicos en marcha se centran fundamentalmente en el cáncer, pues está comprobado que los factores epigenéticos juegan un papel clave en el desarrollo de los tumores.
La epigenética es el estudio de modificaciones en la expresión de genes, las cuales no obedecen a una modificación de la secuencia de ADN y que además son heredables. Fuentes de modificaciones de los genes son los factores ambientales, que pueden afectar a uno o varios genes con múltiples funciones. Por medio de la «regulación epigenética» se puede observar cómo es la adaptación al medio ambiente dada por la plasticidad del genoma, la cual tiene como resultado la formación de distintos fenotipos según el medio ambiente al que sea expuesto el organismo. Estas modificaciones presentan un alto grado de estabilidad y, al ser heredables, se puedan mantener en un linaje celular por muchas generaciones. Esto es importante cuando hay errores en las modificaciones, porque se pueden generar enfermedades que perduren en una familia por mucho tiempo.
La «regulación epigenética» se puede dar por cambios en la conformación de la cromatina según la interacción de esta con las histonas. Este es un nivel clave de regulación, ya que el estado en el que se encuentre la cromatina determina el momento, el lugar y la forma en que un gen puede ser expresado o no. Si la cromatina se encuentra en un alto grado de condensación, los elementos de transcripción no pueden acceder a dicha región del ADN y, por lo tanto, el gen no se transcribe; es decir el gen es silenciado. En contraste, si la cromatina no se encuentra condensada, los activadores de transcripción se pueden unir a las regiones promotoras para que ocurra la transcripción del gen. Esta es una de las formas en que se da la regulación del genoma. Se ha determinado que hay tres procesos epigenéticos de regulación: metilación del ADN, modificación de las histonas y efecto de los ARN pequeños no codificantes.
Genética del desarrollo La estructura molecular interna de los cromosomas se ha dividido en 3 capas:
Genes codificadores de proteínas: Los que se conocen como los únicos depósitos de la herencia; Genes no codificadores: Cumplen una función destacada, pues a la par que las histonas, las señales químicas unidas al ADN forman la cromatina; resultan importantes para la herencia y para el desarrollo de las enfermedades y dan lugar a cadenas activas de ARN, las mismas que alteran el comportamiento de los genes codificadores; Capa epigenética de la información: Resulta crucial para el desarrollo, el crecimiento, el envejecimiento y el cáncer. No altera la secuencia de ADN aunque influye en su expresión. Los mecanismos epigenéticos pueden integrar señales genómicas y ambientales para controlar el desarrollo de un fenotipo particular, por lo que están íntimamente ligados con la plasticidad fenotípica y la salud.Gilbert, S. F., & Epel, D. (2009). Ecological Developmental Biology. Sunderlad: Sinauer Associates Inc.
Son las «epimutaciones» las que, según algunas teorías, darían origen a enfermedades como la esquizofrenia, mientras que las variaciones epigenéticas explican, por ejemplo, las discordancias entre gemelos idénticos, quienes muestran idénticas secuencias de ADN.
Las variaciones epigenéticas controlan la actividad de los genes; si es alta la concentración de sustancia "X", la actividad será alta. El código epigenético está constituido por un sistema de moléculas unidas al ADN o a las histonas, un código de las histonas es el que gobierna la expresión de los genes, pues sus colas proteicas (las de las histonas) catalizan una gran variedad de adiciones químicas, como los acetilos que amplifican genes vecinos.
Mecanismos epigenéticos de regulación génica
Los mecanismos epigenéticos que actúan en el nivel molecular son: la metilación del ADN y la modificación de histonas. 500px|thumb|Mecanismos epigenéticos. Derecha: metilación del ADN. Izquierda: Modificación de histonas.
Metilación del ADN
Se ha descubierto que en organismos superiores, a la base citosina se le añade un grupo metilo el cual permite la conformación cerrada de la cromatina. Por lo tanto un alto grado de metilación se asocia con el silenciamiento de genes. Una forma de controlar el grado de metilación es por medio de acción de efectos ambientales. En los mamíferos se ha visto que la metionina, la colina, el ácido fólico y las piridoxinas (que son sustancias provenientes de la dieta) tienen como función la adición de grupos metilos. Por lo general la metilación se da en mayor grado en las islas CpG (regiones con alta concentración de citosina y guanina) las cuales forman parte de la región promotora de los genes. Para que la metilación se produzca de forma adecuada necesita de la ADN metiltransferasa, la cual se encarga de establecer y mantener los patrones de metilación y necesita de las proteínas de unión metil-CpG las cuales están involucradas en hacer las marcas de metilación.
Un ejemplo de la importancia del silenciamiento de un gen o grupo de genes es la inactivación del cromosoma X y la impronta de genes. La impronta de genes hace referencia a que una de las copias de genes que se hereda de los padres(puede ser tanto la copia materna o paterna), puede encontrarse completamente silenciada con el fin de tener una expresión monoalélica de ciertos genes. Por lo tanto, se observará un patrón de metilación correspondiente al sexo. Si existen anomalías en el silenciamiento de ciertas copias se pueden dar cambios en el fenotipo que pueden ser resultado de enfermedades como el caso del síndrome de Beckwith Wiedemann. Este síndrome se da cuando las dos copias del gen IGF2 están activas, es decir el proceso de impronta génica no se dio de forma adecuada al no silenciar la copia materna, y por lo tanto el individuo se caracteriza por la presencia de un alto número de tumores de gran tamaño. Se ha determinado que un alto índice de metilación de genes reguladores del ciclo celular y reparadores de ADN lleva a una mayor frecuencia de la formación de tumores. De igual forma si hay un bajo nivel de metilación (hipometilación) también se presentan enfermedades. Estudios recientes han demostrado que la metilación es un mecanismo de defensa contra virus y parásitos para evitar que éstos logren dañar el ADN. 60px|. centro|miniaturadeimagen|410x410px|Esquema de metilación y desmetilación de 5-mC.