Amparo Tolosa, Genotipia
Investigadores de la Universidad de Illinois Urbana Champaign han desarrollado una estrategia no invasiva que permite visualizar mediante neuroimagen la metilación del ADN. De momento, la puesta a punto, cuyos resultados se publican en Proceedings of the National Academy of Sciences, se ha realizado en un modelo animal. No obstante, los investigadores confían en que pueda mejorar el conocimiento sobre el funcionamiento del cerebro humano.
El método para visualizar la metilación del ADN, todavía en sus primeras etapas, complementa a la neuroimagen funcional en su objetivo de proporcionar información sobre el funcionamiento del cerebro.
Hace 30 años el desarrollo de la neuroimagen funcional marcó un punto de inflexión para el estudio del cerebro humano. Esta técnica, que permite detectar la actividad nerviosa a partir de cambios en el flujo sanguíneo, ha permitido identificar qué áreas cerebrales se activan en diferentes situaciones y cómo interactúan entre ellas, además de proporcionar conocimiento sobre el impacto en el cerebro de múltiples condiciones.
En resumen, la neuroimagen funcional informa sobre cambios inmediatos en el cerebro. Sin embargo, no proporciona información sobre qué ocurre en el interior de las células, es decir qué genes están activos o cómo transcurren procesos más largos con los que las células se preparan para responder a estímulos. Y no hay ninguna aproximación que permita hacer una estimación de forma no invasiva o sin utilizar material radioactivo, condiciones que serían necesarias para estudiar el cerebro humano.
Los investigadores de la Universidad de Illinois Urbana Champaign proponen una estrategia para detectar la actividad génica en el cerebro basada en la metilación del ADN. La metilación es un mecanismo epigenético por el que las células regulan su expresión génica sin modificar la secuencia de ADN. Por lo tanto, está relacionada con la expresión génica. Además, interviene en procesos nerviosos como el aprendizaje o la memoria, y es sensible a cambios en el ambiente.
El equipo plantea la detección de metilación mediante neuroimagen, que denominan eMRI, como complemento a la resonancia funcional. Esta combinación permitiría investigar no solo el control neuronal a corto plazo o el control molecular a largo plazo de la función cerebral, sino también la interacción entre ambos, lo que proporcionaría información fundamental sobre la regulación de la respuesta cerebral a los estímulos ambientales tanto en condiciones normales como en ciertas enfermedades.
En esencia la metilación consiste en la adición del grupo bioquímico metilo a ciertas posiciones del genoma. Para detectar este mecanismo en el cerebro, a través de neuroimagen, los investigadores necesitaban una molécula que pudieran diferenciar. Para ello se han basado en un aminoácido esencial que se obtiene a través de la dieta, la metionina, que puede aportar los grupos metilo. Concretamente, han utilizado metionina marcada con carbono 13, muy poco frecuente en el organismo.
En un primer paso, el equipo de investigadores comprobó que la metionina marcada puede ser incorporada por el cerebro. Para ello diseñaron una dieta enriquecida en metionina marcada con la que alimentaron durante 32 días a animales modelo. En este caso, utilizaron cerdos, cuyo cerebro es más similar en tamaño y estructura al de humanos que el de ratón.
Pasado este tiempo, los investigadores confirmaron la incorporación de la metionina marcada a través del análisis del ADN, así como la posibilidad de capturar esa incorporación de forma específica en los cerebros mediante técnicas de imagen. A partir de estos análisis preliminares detectaron que hay más metilación nueva en el cerebro durante las primeras semanas que en el momento del nacimiento.
“Este resultado es muy emocionante ya que refleja lo que esperamos ver si esta señal responde al ambiente”, señala King Li investigador en la Facultad de Medicina de la Universidad de Illinois y uno de los directores del trabajo. “A partir de estudios animales se sabe que las regiones cerebrales que están más implicadas en memoria y aprendizaje experimentan más cambios epigenéticos. También hay diferencias regionales en la metilación del ADN a lo largo del cerebro de cerdo, igual que hay diferencias regionales en los estudios clásicos de resonancia magnética”.
Los resultados del trabajo, si bien preliminares son muy prometedores para el estudio del cerebro en mamíferos y, por supuesto el cerebro humano. Especialmente si se tiene en cuenta las diferencias en metilación identificadas en cáncer y en diversos trastornos psiquiátricos, como la esquizofrenia.
Una vez optimizada, la técnica de eMRI, podría permitir “el estudio epigenético in vivo en escalas de tiempo que podrían durar de días a meses, tiempos que son experimentalmente inaccesibles por marcaje radioactivo y técnicas invasivas” señalan los autores del trabajo.
Referencia: Lam F, Chu J, Choi JS, Cao C, Hitchens TK, Silverman SK, Liang ZP, Dilger RN, Robinson GE, Li KC. Epigenetic MRI: Noninvasive imaging of DNA methylation in the brain. Proc Natl Acad Sci U S A. 2022 Mar 8;119(10):e2119891119. doi: http://dx.doi.org/10.1073/pnas.2119891119
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