Las claves del epigenoma humano

Si la secuencia de ADN del genoma humano representa toda la información necesaria para el desarrollo de un individuo, el epigenoma, o conjunto de elementos funcionales que regulan la expresión génica de una célula sin alterar la secuencia de ADN, puede ser considerado la clave para interpretar o ejecutar las instrucciones de forma correcta. Todas las células contienen las instrucciones completas del genoma. No obstante, no todas expresan los mismos genes. Así, según la organización de los elementos reguladores en su ADN, de su epigenoma, cada célula interpreta la información genómica y expresa los genes que necesita para adquirir su identidad.

En un esfuerzo comparable al llevado a cabo en el Proyecto Genoma Humano, cuyo objetivo era entender las bases genéticas de la salud humana a través del estudio de la variabilidad de la secuencia de ADN de nuestro genoma, el denominado Programa del Mapa Epigenómico (Roadmap Epigenomics Program) acaba de presentar los mapas epigenómicos de referencia de más de 100 tipos celulares y tejidos, con la intención de dar sentido al nivel de regulación de la expresión génica situado por encima de la secuencia básica del ADN. Para hacer posible este macroestudio, investigadores de 88 proyectos diferentes han obtenido información sobre las marcas de histonas (proteínas que intervienen en el empaquetamiento del material hereditario), la metilación del ADN, la accesibilidad de diferentes factores de regulación al ADN y la expresión del ARN, en tejidos y tipos celulares representativos de los principales linajes celulares del cuerpo humano (poblaciones celulares del sistema nervioso, corazón, músculo, sistema digestivo, sistema inmune, tejido adiposo, piel…). Y con los datos obtenidos han elaborado mapas de elementos reguladores para cada uno de los tipos celulares, algo así como colocar las señales e indicadores de tráfico en el mapa de carreteras que es el genoma.

El intenso trabajo realizado en el contexto del Programa del Mapa Epigenómico ha llevado a la producción de más de 20 artículos, publicados en diversas revistas científicas del grupo Nature, y recogidos en una colección especial bajo el nombre Epigenome Roadmap.  En la colección, los trabajos se dividen en diferentes categorías, que abarcan desde temas metodológicos y de análisis de los datos obtenidos, al estudio de las relaciones entre las diferentes marcas epigenéticas, los cambios que tienen lugar durante el desarrollo,  o los cambios asociados a enfermedades humanas. En ellos se describen las diferencias que existen en el epigenoma de cada linaje celular analizado, producidas durante la especificación y diferenciación, tanto en el caso de los tejidos sanos, como en situaciones patológicas.

“Esto representa un gran avance en el esfuerzo en marcha de entender cómo los tres mil millones de letras del libro de instrucciones del ADN son capaces de dictar actividades moleculares tan diferentes en función del contexto celular,” ha manifestado Francis Collins, director del Instituto Nacional de Salud de EE.UU. “Este flujo de publicaciones ricas en datos, producidas por un renombrado equipo de científicos creativos, proporciona un momento poderoso para el campo en rápido crecimiento de la epigenómica.”

Los primeros resultados con trascendencia en el campo biomédico no se han hecho esperar. Por ejemplo, en uno de los estudios, la evaluación de la estructura de la cromatina, en un modelo de Alzhéimer en ratón, indica que, mientras que los genes implicados en plasticidad sináptica, aprendizaje y memoria están reprimidos, los genes de respuesta inmune y sus regiones reguladoras están sobreactivados. De este modo vuelve demostrarse la importancia del sistema inmune en el desarrollo y avance del Alzhéimer, algo a tener en cuenta en el diseño de aproximaciones terapéuticas a la enfermedad. En el caso del cáncer, en otro de los trabajos se muestra cómo los cambios en la estructura de la cromatina característicos de cada tipo celular permiten determinar el origen celular de un cáncer, resultado clave para poder identificar los tumores primarios en aquellos pacientes con tumores secundarios en los que se desconoce en qué tejido se originó el cáncer.

Al igual que la secuenciación del genoma humano abrió el camino hacia la era genómica, la elaboración de los primeros mapas epigenómicos  detallados inicia un nuevo periodo para la investigación básica y biomédica. El proyecto planea obtener mapas para todos los tipos celulares del cuerpo humano. Y eso no es todo, ya que existen cambios en el epigenoma asociados a la edad o producidos por otros factores como la nutrición o metabolismo que podrían tener un gran interés también.

La información obtenida en el proyecto se encuentra a disposición de la comunidad científica en la página del Centro Nacional de Información Biotecnológica y todo parece indicar que los primeros trabajos y conclusiones son el preludio de muchos más. “Con el aumento en el conocimiento del epigenoma, y los conjuntos de datos disponibles para la comunidad científica al completo, la Oficina Estratégica del Instituto Nacional de Salud (NIH Common Fund) está esforzándose para catalizar la investigación futura y ayudar a entender cómo la epigenómica tiene un papel en las enfermedades humanas, con la expectación de que estudios futuros identificarán indicaciones tempranas de la enfermedad y dianas para los tratamientos,” ha manifestado James Anderson, director de la división del Instituto Nacional de Salud de EE.UU. encargada de planear y coordinar las iniciativas estratégicas del instituto.

Referencias:

Roadmap Epigenomics Consortium, et al. Integrative analysis of 111 reference human epigenomes. Nature. 2015 Feb 19;518(7539):317-30. doi: 10.1038/nature14248.

Romanoski CE, et al. Epigenomics: Roadmap for regulation. Nature. 2015 Feb 19;518(7539):314-6. doi: 10.1038/518314a

Fuentes:

http://www.niehs.nih.gov/news/newsroom/releases/2015/february18/

http://newsoffice.mit.edu/2015/human-epigenome-map-0218

mapas epigenéticos. Imagen: Henning Horn, Brian Burke and Colin Stewart, Institute of Medical Biology, Agency for Science, Technology, and Research, Singapore.

Un estudio revela el mapa epigenómico de más de 100 tipos celulares del cuerpo humano. Según la organización de los elementos reguladores en su ADN, de su epigenoma, cada célula interpreta la información genómica y expresa los genes que necesita para adquirir su identidad. En la imagen, células sensoriales del oído. Imagen: Henning Horn, Brian Burke and Colin Stewart, Institute of Medical Biology, Agency for Science, Technology, and Research, Singapore.

 

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