¿Qué es la Epigenética y para qué sirve?

Amparo Tolosa

Cuando se interpreta una canción conocer y leer las notas musicales es tan importante como hacerlo con el ritmo adecuado. En la partitura, las notas musicales se colocan de forma secuencial y diferentes marcas informan sobre el registro, la velocidad o la intensidad con que se deben hacer sonar.

En una partitura además de la secuencia de notas musicales, existen otras marcas que informan de cómo deben hacerse sonar las notas.

El genoma humano funciona de forma similar a una partitura, en la que la secuencia de ADN contiene las instrucciones para producir las proteínas y otros elementos funcionales, y los mecanismos epigenéticos regulan cómo y en qué grado tienen que expresarse.

La secuencia de ADN constituye las instrucciones de nuestro organismo. El epigenoma permite interpretarlas. Imagen: Mehmet Pinarci.
La secuencia de ADN constituye las instrucciones de nuestro organismo. El epigenoma permite interpretarlas. Imagen: Mehmet Pinarci.

 

Así, si el genoma incluye la secuencia completa del ADN, el epigenoma, se refiere al conjunto de elementos que regulan la expresión de los genes sin alterar la secuencia de ADN.

Los mecanismos epigenéticos son como las marcas que acompañan a las notas en una partitura.
Los mecanismos epigenéticos son como las marcas que acompañan a las notas en una partitura.

 

¿Qué hace la epigenética?

En esencia, todas las células del cuerpo humano contienen el mismo material genético –o la misma partitura, si seguimos comparando genética y música. Sin embargo, todas ellas no expresan los mismos genes.

Cada tipo celular, dentro de cada tejido, tiene un programa genético diferente, de modo que únicamente se expresan los genes que necesitan. Por ejemplo, además de los genes encargados de las funciones básicas, las neuronas necesitan expresar todos aquellos genes relacionados con emisión y recepción de señales nerviosas. Estos genes, por el contrario, no son necesarios en otros tipos celulares, como las células encargadas de almacenar grasa.

Los diferentes tipos celulares contienen la misma secuencia de ADN. No obstante su epigenoma es diferente. Epigenoma, mecanismos epigenéticos, epigenética
Los diferentes tipos celulares contienen la misma secuencia de ADN. No obstante su epigenoma es diferente. Imágenes: Medical gallery of Blausen Medical 2014“. WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI:10.15347/wjm/2014.010. ISSN 2002-4436.

 

Además, cuando las células expresan los genes, necesitan hacerlo en el momento y cantidad adecuada. ¿Cómo? Uno de los métodos por los que lo consiguen es a través de los mecanismos epigenéticos.

Las marcas epigenéticas actúan como una memoria para la célula y son reversibles

Una de las características del epigenoma es que no es estático y puede modificarse. A lo largo de nuestra vida, el epigenoma registra las experiencias de la célula, así como la influencia del ambiente sobre las mismas.

Por lo tanto, el epigenoma  es diferente en los distintos tejidos y tipos celulares del organismo, cambia a lo largo de la vida o momento del desarrollo e incluso en los distintos estados de salud.

¿Qué tipos de mecanismos epigenéticos existen?

A continuación presentamos los principales mecanismos epigenéticos. Todos ellos son reversibles, lo que significa que son susceptibles de poder ser modificados.

  • Metilación del ADN

La metilación del ADN es uno de los mecanismos epigenéticos más estudiados. Consiste en la adición de un grupo bioquímico denominado metilo a una de las unidades o nucleótidos que conforman el ADN, la citosina.

La metilación consiste en la adición de grupos metilo al ADN. Epigenética, epigenoma, mecanismos epigenéticos
La metilación consiste en la adición de grupos metilo al ADN.

 

Los grupos metilo situados sobre el ADN actúan como señales de reconocimiento para ciertas enzimas que actúan sobre la expresión génica. Normalmente la metilación se asocia a una represión de la expresión génica.

Los grupos metilo actúan como señales de reconocimiento sobre el ADN. Epigenética, Epigenoma, Mecanismos epigenéticos
Los grupos metilo actúan como señales de reconocimiento sobre el ADN.
  • Modificaciones de la cromatina

En el interior del núcleo celular el ADN no se presenta aislado, sino que está organizado con proteínas y otras moléculas, formando la cromatina. La unidad fundamental de la cromatina, es el nucleosoma, formado por ADN enrollado alrededor de ocho unidades de proteínas histonas.

Mecanismos epigenéticos, cromatina, condensación ADN
Organización del ADN, nucleosoma, cromatina y cromosomas.

Las histonas pueden ser modificadas bioquímicamente en algunas posiciones concretas (modificaciones epigenéticas reversibles), lo que afecta al grado de compactación del ADN en el nucleosoma, y a cómo de accesibles son los genes a toda la maquinaria enzimática responsable de la expresión génica. Cuanto más compactado está el ADN en un nucleosoma menos accesibles son los genes de esa región. Por el contrario si el ADN está menos compactado, hay más espacio para que las proteínas relacionadas con la expresión génica se unan al ADN.

Las combinaciones de las modificaciones de las histonas definen el estado de la cromatina y la actividad del ADN que lo conforma.

Además, la localización de los nucleosomas también determina la accesibilidad de los factores de transcripción al ADN.

 

 

  • ARN de interferencia

Ciertas moléculas pequeñas de ARNs pueden silenciar la expresión de los genes, uniéndose al ADN e interfiriendo con la transcripción o proceso en el que el que se transfiere la información del ADN al ARN o uniéndose a complejos proteicos de silenciamiento génico.

ARN de interferencia como mecanismo epigenético. Epigenética, epigenoma, mecanismos epigenéticos
ARN de interferencia como mecanismo epigenético.

Los diferentes mecanismos epigenéticos interaccionan entre sí. Por ejemplo, la maquinaria celular encargada de remodelar los nucleosomas es influida por la metilación de ADN y por las modificaciones en las histonas. Igualmente la metilación del ADN supone una señal para reclutar complejos proteicos que incluyen proteínas modificadoras de las histonas.

Cuando los mecanismos epigenéticos no funcionan de forma correcta pueden desarrollarse enfermedades. Un ejemplo es el Sindrome de Rett, producido en la mayoría de los casos por mutaciones en el gen MECP2 que codifica para una proteína de unión a ADN metilado.

Epigenética y ambiente

La epigenética actúa como puente entre los genes y el ambiente. Algunos factores ambientales, como el tabaco, o la nutrición pueden iniciar procesos químicos que lleven a cambios en el epigenoma.

Factores ambientales pueden modificar el estado epigenético e influir en la actividad de los genes. Mecanismos epigenéticos
Factores ambientales pueden modificar el estado epigenético e influir en la actividad de los genes.

Epigenética y envejecimiento

Como mencionábamos antes, el epigenoma es dinámico y va cambiando a lo largo de la vida de una persona. Por ejemplo, al comparar la metilación del genoma en personas recién nacidas, adultos y ancianos se ha observado que a medida que se envejece se van perdiendo grupos metilo, lo que podría estar asociado con la expresión inadecuada de los genes al envejecer.

Conforme envejecemos el epigenoma cambia.
Conforme envejecemos el epigenoma cambia.

Además, aquellos pacientes con enfermedades en las que se produce un envejecimiento prematuro presentan epigenomas propios de edades mucho más avanzadas.

Algunos estudios indican que se pueden usar marcadores epigenéticos, concretamente metilación, para estimar la edad biológica de una persona, frente a su edad cronológica en años. Así, el epigenoma podría dar una medida de cómo de bien se envejece.

 

 

Epigenética y cáncer

Célula de cáncer de pulmón. Imagen: Anne Weston, LRI, CRUK. Wellcome Images https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.0/.
Célula de cáncer de pulmón. Imagen: Anne Weston, LRI, CRUK. Wellcome Images
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.0/.

Las células tumorales tienen su epigenoma alterado. Cambios en el epigenoma pueden llevar a que se expresen genes que no deberían hacerlo, como por ejemplo aquellos relacionados con el crecimiento celular y la proliferación o evitar que se expresen genes cuya actividad es necesaria, como aquellos relacionados con la reparación del ADN.

Dado que las modificaciones epigenéticas son reversibles, diferentes equipos de investigación han planteado desarrollar fármacos epigenéticos para tratar el cáncer. A nivel clínico algunos de estos fármacos ya han sido aprobados, mientras que otros siguen siendo investigados.

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25 comentarios de “¿Qué es la Epigenética y para qué sirve?

  1. Pilar Etchehon dice:

    Muy interesante el articulo.desearia me explicasen de forma accesible ,si es posible,pues el tema me interesa porque soy docente ,pero no profesional de la salud.
    Como inciden las emociones,las actitudes y los comportamientos llegando a modificar el estado epigenetico del ADN e influyendo en la actividad de los genes.
    Es posible modificar aspectos o caracteristicas personales heredadas .muchas gracias

  2. Jackeline De Barros dice:

    Buenos días:
    Me ha encantado este artículo. Para quienes no estamos en el área de la salud resulta claro y esclarecedor. Estoy realizando un estudio en otra área pero en algún momento había leído que la epigenética podría incidir en ella. ¿sería posible contactar con usted de manera privada para hacerle alguna pregunta? Ya se sabe que no todo lo que hay en la red es fiable. Gracias.

  3. jorge luis mendoza dice:

    buenas noches Amparo, gracias por difundir este gran articulo, tan esclarecedor especialmente para los que no pertenecemos al área de estudio. Mi pregunta esta orientada a cómo la epigenetica influye en las conductas de los individuos? y especialmente en las conductas antisociales; es decir, de que manera podemos explicar ( a través de la epigenetica) los procesos por los cuales un individuo puede constituirse en delincuente por pertenecer o a una familia que tiene costumbres delictivas, o a un entorno de esas características y si es que pudiera guardar alguna relación. mil gracias.

    • Genotipia dice:

      Hola José Luis:

      El campo de la epigenética en el comportamiento social está poco desarrollado en humanos, debido en gran medida a la dificultad para realizar estudios robustos y la complejidad biológica del propio comportamiento. Por estas razones no podemos proporcionar evidencias moleculares definitivas a su pregunta.
      Una lectura que le puede interesar es: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27856950/

      ¡Un saludo!

  4. Jessica Valdez dice:

    Buenas día Amparo, mil gracias por su artículo el cual explica claramente la epigenética, me gustaría poner su publicación en mi página web, soy estudiante de ingeniería química y actualmente estoy emprendiendo mi negocio en productos epigenéticos desarrollados por el Dr Joe McCord

    • Genotipia dice:

      Hola Jessica:
      Nos encanta que te haya resultado útil el post.
      No tenemos problema en que la gente comparta este contenido si lo hace con fines educativos y con la correspondiente atribución y enlace a Genotipia.
      Sin embargo, no podemos autorizarte para que se publique con fines comerciales, como sería utilizarlo en la página web de tu negocio.
      ¡Un saludo!

  5. Stefany Molina dice:

    hola excelente articulo, todo me quedo súper claro y demasiado completo. Soy estudiante de biologia y estaba realizando esta consulta y aquí lo encontré todo. Muchas gracias

  6. Manuel Galindo dice:

    Dra. Amparo:
    Felicitaciones por este interesante artículo.
    Para fines prácticos, es posible hacer estudios epigeneticos que analicen comportamientos de ciertas comunidades y proponer algún cambio en sus vidas (alimentación, hábitos…) que alteren su mapa epigenetica y por consiguiente, un cambio conductual importante?

    • Genotipia dice:

      Hola Manuel:

      En los últimos años se ha empezado a desarrollar una rama de la epigenética que estudia cuál es el papel de la epigenética en los comportamientos animales y cómo la exposición a diferentes ambientes o experiencias puede influir en la expresión de los genes y contribuir a diferencias en el comportamiento.

      La conducta es una característica muy compleja influida y modulada por múltiples factores. Por razones éticas no es posible realizar ensayos clínicos o experimentos en humanos dirigidos a inducir cambios de conducta fuera de un contexto terapéutico.

      En la actualidad se han identificado alteraciones epigenéticas en algunos trastornos del comportamiento, pero todavía está pendiente resolver si es posible influir sobre estos mecanismos para revertir sus efectos.
      También hay que tener en cuenta que los mecanismos epigenéticos varían entre tipos de células o tejidos y para conseguir un efecto terapéutico en enfermedades causadas por alteraciones epigenéticas sería necesario actuar sobre las células adecuadas.

      También hay que considerar que los efectos de la regulación epigenética se reflejan a nivel de individuo. Y que la regulación epigenética interacciona con otros mecanismos de regulación de la expresión génica.

      En resumen, más allá de hábitos y alimentación saludables como hacer ejercicio, mantener actividad social activa, comer sano, ambiente no estresante… no se tienen conocimientos suficientes para abordar experimentos en humanos.

      ¡Un saludo!

    • Genotipia dice:

      Hola Rosa:

      Tiene más información sobre la enfermedad en:

      En aproximadamente la mitad de los casos se conoce una causa genética. También hay casos donde parece haber una relación con cambios epigenéticos.
      No obstante, desconocemos si se están desarrollando tratamientos dirigidos hacia estos cambios en esta enfermedad concreta.

      ¡Un saludo!

    • Genotipia dice:

      Hola Jacqueline:

      Existen fármacos epigenéticos dirigidos a alteraciones epigenéticas en cáncer que suelen utilizarse en combinación con quimioterapia u otras estrategias. Tiene más información en: https://www.sebbm.es/revista/articulo.php?id=154&url=farmacos-epigeneticos
      La conveniencia de su utilización en cada tipo de cáncer o en cada paciente debe ser evaluada por los profesionales que llevan el caso, de acuerdo a los protocolos establecidos y disponibilidad (aprobación) del fármaco en cada país.

      Más allá del tratamiento una vez se ha producido un cáncer, existen una serie de recomendaciones sobre estilo de vida que contribuyen a prevenir ciertos tipos de cáncer a nivel genético y epigenético, como son no fumar, llevar una vida no sedentaria, seguir una dieta adecuada y protegerse del sol. Tiene más información en:https://www.cdc.gov/spanish/cancer/dcpc/prevention/other.htm

      ¡Un saludo!

  7. Ramón de Anda Herrera dice:

    Hola Dra. Amparo Tolosa, soy maestro en biotecnología, egresado de la Universidad Nacional de México, me ha dado enorme gusto encontrarme por casualidad al buscar un tema complementario al final del curso que imparto de Microbiología de Procariontes, que es Biotecnología y Bioética, sin embargo no creo que los microorganismos estén exentos de la Epigenética. Creo que será un tema a analizar con mis alumnos para dejarles un gran ruido en sus cabezas para que traten de buscar por que unos actuamos de una manera y otros de una manera muy distinta aun siendo hermanos, por lo que termino diciendo que la madre pare a diferentes hijos aun siendo del mismo padre. Muchas gracias y un agradecimiento por darnos todavía mas motivos para analizar el comportamiento humano. Saludos desde México. Ramón de Anda Herrera

  8. Maggy Angeles dice:

    Hola, gracias por la información. Me sería de mucho gusto que por favor me den unos ejemplos para la conservación de la salud en el marco de la epigenética

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