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| Investigadores de la UMD descubrieron que el mismo gen para expresar una proteína roja fluorescente se expresa siempre (ON), cuando se hereda de la madre, pero cuando se hereda del padre puede perder la expresión (apagarse) para siempre si la madre carece del gen. Crédito: Antony Jose/UMD |
El apareamiento puede iniciar un silenciamiento estable del ARN que supera la recuperación epigenética
Las pruebas sugieren que lo que ocurre en una generación -dieta, exposición a toxinas, traumas, miedo- puede tener efectos duraderos en las generaciones futuras. Los científicos creen que estos efectos son el resultado de cambios epigenéticos que se producen en respuesta al entorno y que activan o desactivan los genes sin alterar el genoma o la secuencia de ADN.
Pero no se ha entendido cómo se transmiten estos cambios a través de las generaciones, en parte porque los científicos no han tenido una forma sencilla de estudiar el fenómeno. Un nuevo estudio realizado por investigadores de la Universidad de Maryland ofrece una posible herramienta para desvelar el misterio de cómo las experiencias pueden provocar cambios heredables en la biología de un animal. Mediante el apareamiento de gusanos nematodos, produjeron cambios epigenéticos permanentes que duraron más de 300 generaciones. La investigación se publicó el 9 de julio de 2021 en la revista Nature Communications.
"Hay mucho interés en la epigenética hereditaria", dijo Antony Jose, profesor asociado de biología celular y genética molecular en la UMD y autor principal del estudio. "Pero obtener respuestas claras es difícil. Por ejemplo, si hoy sigo una dieta, ¿cómo afectará eso a mis hijos y nietos, etc.? Nadie lo sabe, porque intervienen muchas variables diferentes. Pero hemos encontrado un método muy sencillo, mediante el apareamiento, para desactivar un solo gen durante varias generaciones. Y eso nos da una gran oportunidad para estudiar cómo se producen estos cambios epigenéticos estables".
En el nuevo estudio, José y su equipo descubrieron, al criar gusanos nematodos, que algunos apareamientos daban lugar a cambios epigenéticos en la descendencia que seguían transmitiéndose durante tantas generaciones como los científicos seguían criando. Este descubrimiento permitirá a los científicos explorar cómo se transmiten los cambios epigenéticos a las generaciones futuras y qué características hacen que los genes sean susceptibles de sufrir cambios epigenéticos permanentes.
José y su equipo comenzaron este trabajo en 2013, mientras trabajaban con gusanos nematodos, Caenorhabditis elegans (C. elegans), una especie que suele utilizarse como modelo para entender la biología animal. Los científicos se dieron cuenta de que los gusanos criados para ser portadores de un gen que llamaron T, que produce proteínas fluorescentes, a veces brillaban y a veces no. Esto resultaba desconcertante porque los que brillaban y los que no brillaban tenían un ADN casi idéntico.
"Todo comenzó cuando nos topamos con un gen poco común que sufría un cambio permanente durante cientos de generaciones sólo con el apareamiento. Podríamos haberlo pasado por alto fácilmente", afirma Sindhuja Devanapally (doctora en ciencias biológicas de 18 años), coautora del estudio y actual becaria postdoctoral en la Universidad de Columbia.
Para comprender mejor el fenómeno, los investigadores realizaron experimentos de reproducción en los que sólo la madre o el padre eran portadores del gen fluorescente. El equipo esperaba que, independientemente de cuál de los progenitores llevara el gen, la descendencia brillaría. En cambio, descubrieron que cuando la madre portaba el gen fluorescente, la descendencia siempre brillaba, lo que significaba que el gen siempre estaba activado. Pero cuando el padre portaba el gen, la descendencia brillaba débilmente o no brillaba en absoluto.
"Descubrimos que existen estas señales basadas en el ARN que controlan la expresión del gen", dijo José. "Algunas de estas señales silencian el gen y otras son señales protectoras que impiden el silenciamiento. Estas señales se disputan a medida que la descendencia se desarrolla. Cuando el gen proviene de la madre, la señal protectora siempre gana, pero cuando el gen proviene del padre, la señal de silenciamiento casi siempre gana".
Cuando la señal de silenciamiento gana, el gen queda silenciado para siempre, o al menos durante 300 generaciones, que es el tiempo que José y sus colegas siguieron a sus gusanos criados en laboratorio. Los ejemplos anteriores de cambios epigenéticos eran más complejos o no duraban más de un par de generaciones. Los investigadores aún no saben por qué la señal de silenciamiento sólo triunfa una parte del tiempo, pero este nuevo hallazgo les sitúa en una posición mucho mejor que nunca para explorar los detalles de la herencia epigenética.
"Mientras que hemos encontrado un conjunto de genes que pueden ser silenciados casi permanentemente, la mayoría de los otros genes no se ven afectados de la misma manera", dijo el otro coautor del estudio, Pravrutha Raman (Ph.D. '19, ciencias biológicas), que ahora es un becario postdoctoral en el Centro de Investigación del Cáncer Fred Hutchinson. "Tras el silenciamiento, rebotan y se expresan en las generaciones futuras".
Con sus nuevos hallazgos, los investigadores creen ahora que algunos genes podrían ser más vulnerables al cambio epigenético permanente, mientras que otros genes se recuperan en unas pocas generaciones. Aunque los estudios en gusanos no son iguales a los de los humanos, la investigación ofrece una ventana a procesos biológicos que probablemente comparten, al menos en parte, todos los animales.
"Las dos grandes ventajas que tenemos ahora a partir de este trabajo son que este cambio epigenético de larga duración es fácil de inducir mediante el apareamiento, y que se produce a nivel de un solo gen", dijo José. "Ahora podemos manipular este gen y controlar todo lo relacionado con él, lo que nos permitirá determinar qué características hacen que un gen sea susceptible o resistente al cambio epigenético heredable".
José y sus colegas esperan que futuros estudios puedan ayudar algún día a los científicos a identificar los genes humanos que son vulnerables a los cambios epigenéticos de larga duración.
Fuentes, creditos y referencias:
El artículo de investigación, "Mating can initiate stable RNA silencing that overcomes epigenetic recovery" (El apareamiento puede iniciar un silenciamiento estable del ARN que supera la recuperación epigenética), de Sindhuja Devanapally, Pravrutha Raman, Mary Chey, Samual Allgood, Farida Ettefa, Maïgane Diop, Yixin Lin, Yongyi E Cho y Antony M Jose, se publicó el 9 de julio de 2021 en la revista Nature Communications.
Más información: "El apareamiento puede iniciar un silenciamiento de ARN estable que supera la recuperación epigenética", Nature Communications (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-24053-4
Información de la revista: Nature Communications