El epigenoma durante la vida del linfocito B

 

Marta Kulis, Iñaki Martin-Subero

Departamento de Anatomía Patológica, Farmacología y Microbiología, Universidad de Barcelona & Institut d’Investigacions Biomèdiques August Pi i Sunyer (IDIBAPS), Barcelona

epigenoma. Imagen: National Institute of General Medical Sciences

Código epigenético. Imagen: National Institute of General Medical Sciences

El Proyecto Genoma Humano, fundado en 1990 con el objetivo de conocer la secuencia competa del ADN humano, despertaba muchas esperanzas en el mundo científico: conociendo la secuencia de los genes, comprenderemos mejor nuestro organismo. Sin embargo en 2003, con los resultados en la mano, los científicos vieron que conocer la secuencia completa del genoma no era suficiente para entender su función. De ahí surge la importancia del estudio del epigenoma, que representa el conjunto de los mecanismos moleculares que permiten regular la expresión de los genes sin modificar la secuencia del ADN. Se podría decir que el epigenoma es el software que controla las funciones del genoma que, en este caso, representaría el hardware. El interés de conocer este “software” de nuestro organismo, llevó a fundar el Proyecto del Epigenoma Humano, un esfuerzo internacional para descifrar las diferentes capas de regulación epigenética. El artículo que resumimos en esta reseña de investigación ha sido generado en el contexto del Proyecto Blueprint (www.blueprint-epigenome.eu), el cual representa la contribución de la Comunidad Europea al Consorcio Internacional del Epigenoma Humano.

Durante la última década, varios estudios de epigenómica, centrados sobre todo en el estudio de la metilación del ADN, han demostrado que diferentes tejidos y tipos celulares muestran un epigenoma diferente. Esto explica por qué un organismo, pese a tener un solo genoma, posee muchos epigenomas para así poder manifestar variación fenotípica. En este contexto, nuestro grupo de investigación decidió estudiar el epigenoma durante todo el proceso de diferenciación de un solo tipo celular: el linfocito B.

epigenoma. Imagen: BruceBlaus. Blausen.com staff. "Blausen gallery 2014". Wikiversity Journal of Medicine. DOI:10.15347/wjm/2014.010. ISSN 20018762.  [CC BY 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0)].

Linfocito B. Imagen: BruceBlaus. Blausen.com staff. “Blausen gallery 2014”. Wikiversity Journal of Medicine. DOI:10.15347/wjm/2014.010. ISSN 20018762. [CC BY 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0)].

El linfocito B juega un papel esencial en la inmunidad adaptativa, ya que está implicado en la producción de anticuerpos especializados contra distintos antígenos y puede mantener durante largo tiempo la memoria de las infecciones pasadas. El desarrollo y selección de linfocitos B es un proceso complejo que transcurre a través de varias etapas. Todo empieza en la medula ósea, donde la célula B precursora, derivada de las células madre hematopoyéticas, reorganiza los genes de las inmunoglobulinas para poder reconocer millones de antígenos potenciales. Estas células entran en la circulación como células B naïve y si no encuentran ningún antígeno, mueren después de unos días y son eliminadas. En el caso contrario, si reconocen un antígeno, las células B se estimulan, comienzan a proliferar y a modificar la secuencia de los genes de las inmunoglobulinas para mejorar el reconocimiento del antígeno. Algunas de ellas dan lugar a las células plasmáticas que fabrican copias de anticuerpos capaces de unirse a las moléculas ajenas. Otras se convierten en las células B memoria, que se mantienen en el organismo para destruir rápidamente los patógenos en una segunda infección.

En este proyecto, que ha tomado aproximadamente 4 años de trabajo, separamos mediante citometría de flujo un total de 10 subpoblaciones de linfocitos B en diferentes estados de maduración, desde la célula madre hasta la célula plasmática. Posteriormente, analizamos la metilación de su ADN mediante técnicas de secuenciación masiva y microarrays de alta resolución. Los resultados del estudio demuestran que el epigenoma es mucho más dinámico de lo que se creía: un 30% del mismo cambia en el proceso de maduración normal del linfocito B, lo cual afecta a millones de regiones. El estudio también revela que, a diferencia de lo que se había publicado hasta ahora respecto a la metilación del ADN, tan solo una pequeña proporción de los cambios en el grado de metilación tienen que ver con la expresión de los genes. Los cambios de metilación del ADN afectaban frecuentemente a enhancers, o regiones reguladoras distantes de los genes. En relación a dichos enhancers, observamos un vínculo interesante entre los factores de transcripción y la metilación de ADN. La unión de estos factores a los enhancers se relaciona con la pérdida de la metilación. Una vez producido este evento, las secuencias se quedan desmetiladas durante los siguientes pasos de la maduración de los linfocitos, manteniendo así “el recuerdo” de la presencia de los factores de transcripción en el pasado. De alguna manera, como los cambios de metilación durante la diferenciación son acumulativos, podríamos decir que la metilación es la que imprime en el ADN la historia de las células desde su origen en la célula madre hasta que están totalmente diferenciadas.

epigenoma. Imagen: Dr. Kate Patterson, Garvan Institute, Australia.

Una enzima encargada de metilar el ADN, sostiene la molécula de ADN mientras se añade el grupo metilo. Imagen: Dr. Kate Patterson, Garvan Institute, Australia.

Uno de los hallazgos más interesantes del estudio es que una proporción alta de los cambios de metilación no se encontraba en regiones reguladoras sino en áreas del genoma heterocromáticas o reprimidas. Estos cambios, que en el pasado se habían descrito como específicos de las células tumorales, se observan sobre todo en los linfocitos de larga vida como las células B memoria y las células plasmáticas. Este descubrimiento inesperado sugiere que la longevidad celular, ya tenga lugar en el contexto del cáncer o en células sanas se asocia con características epigenéticas similares. Además, estudiando varias neoplasias de linfocitos B, observamos que entre un 60 y un 80% de los cambios de metilación que anteriormente se asumían como específicos del cáncer, se comparten con el proceso de diferenciación normal. Esta relación entre la maduración celular normal y el cáncer cambia nuestra manera de percibir el epigenoma de esta enfermedad, y nos permitirá detectar regiones que cambian su epigenética solo en el contexto de la transformación tumoral.

Referencia:

Kulis M, et al. Whole-genome fingerprint of the DNA methylome during human B cell differentiation. Nat Genet. 2015 Jul;47(7):746-56. doi: 10.1038/ng.3291.

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