31 de agosto de 2006
La Jolla, California – Una colaboración entre investigadores del Instituto Salk de Estudios Biológicos y la Universidad de California en Los Ángeles ha logrado determinar el patrón de metilación del ADN a nivel genómico de la planta Arabidopsis thaliana – la “rata de laboratorio” del mundo vegetal – de un solo golpe.
“En un solo experimento hemos sintetizado los hallazgos anecdóticos de los últimos 20 años y mucho más”, afirma el autor principal Joseph Ecker, doctor en Filosofía y profesor del Laboratorio de Biología Vegetal del Instituto Salk. “Hasta ahora, solo se sabía que unos pocos genes vegetales estaban regulados por la metilación. Además de esos, hemos descubierto cientos más”.”
La roseta de Arabidopsis aparece en un mapa de transcritos que se expresan en diversos mutantes de Arabidopsis incapaces de modificar su ADN mediante un proceso denominado metilación. Muchos cientos de esos transcritos eran hasta ahora desconocidos y se descubrió que proceden de la región intergénica materia oscura.
Estas innovaciones tecnológicas, impulsadas por el equipo de Ecker y el del Dr. Steve Jacobsen, investigador del Instituto Médico Howard Hughes en la UCLA, deberían tener un amplio impacto en el análisis del genoma humano, la biología de las células madre y la clonación terapéutica. Sus hallazgos se publicarán en un próximo número de Célula.
Nuestra visión de la herencia se ha expresado en gran medida en el lenguaje del ADN, pero los recientes descubrimientos en un campo conocido como epigenética —el estudio de los cambios hereditarios en la función de los genes que se producen sin alterar las letras del alfabeto del ADN— demuestran que cómo Es fundamental que una célula “lea” esas letras.
La metilación es una modificación química de una de las cuatro bases (A, G, C y T) que se repiten en nuestro ADN, concretamente de la citosina (C). La adición de un voluminoso grupo metilo a la C suele bloquear la interacción con las proteínas necesarias para activar la expresión génica, lo que silencia de manera efectiva el gen metilado.
Ecker y Jacobsen recibieron financiación del Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano (NHGRI), que puso en marcha un consorcio público conocido como ENCODE, para el Encenciclopedia Of DNA Eelementos. Ahora que se ha secuenciado el genoma humano, ENCODE tiene como objetivo desarrollar tecnología para descifrar qué “significan” esos 30 millones (1%) de letras, identificando no solo qué genes codifican, sino también cómo las modificaciones epigenéticas activan y desactivan los genes. Una vez logrado esto, el proyecto se ampliará para conocer mejor la dinámica de todo el genoma humano.
El método desarrollado por Ecker y sus colaboradores podría permitir a los investigadores hacer precisamente eso. “Hemos logrado incluir todo el genoma de Arabidopsis —unos 120 millones de bases— en un solo microarray de alta densidad”, afirma Ecker. “Para analizar todo el genoma humano, solo se necesitarían seis chips más”.”
Cada microarray o chip de ADN contiene 6 millones de fragmentos cortos de ADN que abarcan el Arabidopsis el genoma como si fueran baldosas. Los investigadores aislaron primero todo el ADN metilado de las células vegetales y localizaron dónde se situaban esos fragmentos en la matriz. A continuación, determinaron qué genes estaban activos y cuáles no, con el fin de comparar la activación génica con el patrón de metilación.
Los investigadores observaron cambios significativos al comparar la actividad génica de las plantas normales con la de mutantes vegetales incapaces de metilar el ADN. “Fue bastante impactante. Hay cientos de genes que nunca se ven expresados, salvo en los mutantes de metilación”, afirma Ecker.
Casi un tercio de Arabidopsis‘~26 000 genes presentaban algún tipo de metilación, y el lugar donde se producía esta metilación determinaba el efecto. Al igual que en los mamíferos, la metilación en las regiones reguladoras situadas junto a los genes solía silenciar estos. Sin embargo, la metilación en el cuerpo del gen parecía correlacionarse con una mayor expresión».
Los distintos tipos de células presentan patrones de metilación diferentes. La metilación del ADN en las células madre difiere de la que se observa en una célula madura de la piel o del sistema nervioso. Es probable que parte de la transformación a la que deben someterse las células maduras con fines de clonación terapéutica implique la remodelación de los patrones de metilación para que se asemejen a los de las células madre. Además, los estados patológicos, que van desde el retraso del desarrollo hasta el cáncer, se caracterizan por una metilación anómala: algunos carcinógenos provocan cáncer al metilar los genes “equivocados”, lo que da lugar a un crecimiento descontrolado.
Una vez que se establece el patrón de metilación del ADN de una célula —ya sea normal o patológico—, los sitios metilados se transmiten fielmente a las células hijas. La capacidad de obtener una instantánea de alta resolución de qué genes están metilados y cuáles no durante diferentes etapas del desarrollo o estados patológicos podría revelar cómo se autorrenuevan las células o cómo se desregulan los genes que controlan el crecimiento.
Los investigadores también descubrieron que la metilación silencia los transposones, los llamados “genes saltarines”, que pueden causar estragos genómicos al moverse por los cromosomas. En palabras de Ecker, los transposones submetilados “simplemente se vuelven locos”, lo que sugiere que la madre naturaleza mantiene a los transposones en un estado de "tiempo fuera" cubriéndolos con grupos metilo.
Además de la financiación del NHGRI, este trabajo también contó con el apoyo del Proyecto Arabidopsis 2010 de la Fundación Nacional para la Ciencia, una iniciativa destinada a identificar las funciones de todos los genes de Arabidopsis.
Entre los demás autores que han contribuido al estudio se encuentran los investigadores del Instituto Salk: el Dr. Junshi Yazaki, investigador posdoctoral; la estudiante de posgrado Ambika Sundaresan; y los investigadores asociados Paul Shinn y Huaming Chen. Otros colaboradores de la UCLA son el profesor adjunto Matteo Pellegrini, Ph.D., los investigadores posdoctorales Xiaoyu Zhang, Ph.D., Ian Henderson, Ph.D., y Simon Chan, Ph.D., y el asistente de investigación Shawn Cokus.
El Instituto Salk de Estudios Biológicos en La Jolla, California, es una organización independiente sin fines de lucro dedicada a descubrimientos fundamentales en las ciencias de la vida, la mejora de la salud humana y la formación de futuras generaciones de investigadores. Jonas Salk, M.D., cuya vacuna contra la polio prácticamente erradicó la paralizante enfermedad poliomielitis en 1955, inauguró el Instituto en 1965 con una donación de terrenos de la Ciudad de San Diego y el apoyo financiero de la March of Dimes.
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