Heredamos más que ADN: la capa extra de modelo sin la que no podemos vivir

Un estudio internacional ha proporcionado evidencia convincente de que heredamos más que un modelo de ADN de nuestras madres y padres: también heredamos instrucciones vitales sobre cómo usar este modelo.

Un nuevo estudio de investigación publicado hoy en  Science  ha proporcionado evidencia convincente de que heredamos más que el ADN de nuestros padres.

Si bien el ADN a menudo se considera el plano de la vida, este estudio describe otra capa de información heredada que se encuentra dentro del empaque del ADN, dando a nuestras células instrucciones vitales sobre cómo leer el plano.

Los investigadores utilizaron la mosca de la fruta, Drosophila, para investigar cómo se transmiten instrucciones distintas del ADN de las moscas de la fruta progenitoras a sus descendientes.

Descubrieron que las proteínas que empaquetan el ADN contienen instrucciones adicionales, y que estas instrucciones no solo se transmiten a la siguiente generación, sino que su herencia es esencial para completar el desarrollo y la supervivencia del embrión.

El profesor adjunto adjunto de la UNSW, el Dr. Ozren Bogdanovic, del  Instituto Garvan de Investigación Médica de Sydney , contribuyó al estudio, que fue dirigido por la Dra. Nicola Iovino del Instituto Max Planck de Inmunobiología y Epigenética en Alemania.

La epigenética es el estudio de los cambios en la actividad de los genes causados ​​por factores distintos a la alteración del propio código genético subyacente. Los cambios epigenéticos pueden implicar modificaciones químicas del ADN o, como estudiaron aquí los investigadores, de las histonas, las proteínas que empaquetan el ADN en la célula.

El Dr. Bogdanovic, que dirige el Laboratorio de Epigenómica del Desarrollo en la División de Genómica y Epigenética de Garvan, explica: “Las modificaciones dinámicas en las histonas que empaquetan nuestro ADN ocurren a lo largo de nuestra vida, y sabemos que estos cambios en las histonas afectan si nuestros genes están activados o desactivados, ” él dice.

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“Piense en la epigenética como una superposición de información para el modelo de ADN, que le dice a nuestras células con precisión cuándo activar o desactivar cada gen.

“La gran pregunta es si estos cambios epigenéticos pueden transmitirse a nuestros hijos y cómo.

“Durante los últimos años, hemos visto una creciente evidencia observacional de que las influencias ambientales (dieta, estrés o trauma, por ejemplo) pueden provocar cambios en las personas que se transmiten a sus hijos y nietos. Sin embargo, los mecanismos biológicos involucrados aún no se conocen bien”.

El equipo de investigación se concentró en una marca epigenética específica denominada ‘H3K27me3’. En el núcleo de la célula, el ADN está estrechamente empaquetado alrededor de muchos haces de histonas, compuestos por cinco tipos de histonas. ‘H3K27me3’ significa modificación química de la histona número 3.

Estas marcas se encuentran tanto en humanos como en moscas de la fruta y se distribuyen específicamente por todo el genoma, donde se sabe que interactúan con el ADN, desactivando genes o reprimiendo la expresión de genes.

Los científicos utilizaron un método avanzado para todo el genoma llamado ChIP-seq, que secuencia el ADN de una célula y mapea con precisión la ubicación de las proteínas unidas. Descubrieron que las marcas de histonas estaban presentes en todo el genoma en embriones de mosca de la fruta recién fertilizados, lo que indica que los embriones heredaron el patrón de marcas de sus padres.

Luego, los investigadores pudieron eliminar las marcas de histonas de los embriones al bloquear la enzima celular que deposita las marcas y quedaron muy sorprendidos con sus hallazgos.

“El desarrollo del embrión simplemente no podría progresar sin estas marcas epigenéticas, lo que significa que H3K27me3 no solo se hereda, sino que es un regulador esencial del desarrollo y vital para la supervivencia del embrión”, dice el Dr. Bogdanovic.

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“En la reproducción, cuando un óvulo es fertilizado por un espermatozoide, se somete a una extensa reprogramación epigenética y, durante mucho tiempo, se supuso que cualquier rastro epigenético de los padres se eliminaba, dejando una pizarra limpia de ADN. Este estudio muestra definitivamente que este no es el caso: necesitamos dejar algunas huellas epigenéticas parentales.

“Sin este nivel adicional de información, las células no pueden interpretar el modelo de ADN y no se puede formar un organismo”.

Este es uno de los pocos informes concluyentes que demuestran los mecanismos epigenéticos de la herencia transgeneracional en animales, y el primero que revela de manera integral las consecuencias biológicas de la pérdida de dicho mecanismo.

La investigación se realizó en moscas de la fruta, que tienen muchos mecanismos biológicos muy similares a los de los humanos.

El Dr. Bogdanovic explica: “Miles de genes de moscas de la fruta tienen equivalentes humanos, por lo que es probable que lo que observamos en las moscas de la fruta también esté sucediendo de alguna manera en las personas”.

El ADN humano contiene aproximadamente 20.000 genes, que están programados para producir aproximadamente dos millones de tipos de proteínas. Descifrar cómo los mecanismos epigenéticos de controlar estos genes se heredan de generación en generación es un área de investigación en crecimiento.

“Recién estamos comenzando a comprender estos mecanismos; hasta ahora, el papel de las modificaciones de histonas se ha pasado por alto en gran medida. Si bien H3K27me3 juega un papel en el desarrollo temprano del embrión, es probable que sea solo una de las muchas marcas de histonas que pueden transmitirse de generación en generación, y es probable que otras afecten diferentes etapas de desarrollo, diferentes órganos o diferentes procesos biológicos”, dice el Dr. Bogdanovic.

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La profesora Susan Clark, jefa de la División de Genómica y Epigenética de Garvan y presidenta de la Alianza Australiana de Epigenética, dice que los hallazgos tienen implicaciones de gran alcance.

“Este trabajo significa un gran paso adelante en nuestra comprensión de la herencia epigenética transgeneracional y puede explicar en parte cómo los alimentos que comemos, el estrés que soportamos y nuestro estilo de vida en general podrían afectar la salud de las generaciones futuras”, dice el profesor Clark.

“Estamos encantados de que el Dr. Bogdanovic se haya mudado recientemente a Garvan para establecer su propio laboratorio, donde él y su equipo continuarán investigando el papel de la epigenética en la salud humana”.

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