Cromatina y herencia epigenética
Las marcas químicas en el ADN y en las proteínas histonas que lo empaquetan determinan si un gen es accesible o silenciado, y debido a que estas marcas pueden copiarse a través de la división celular, permiten que los estados de expresión se hereden sin cambiar la secuencia del ADN.
Definition
La herencia epigenética basada en la cromatina es la transmisión de estados de expresión génica a través de la metilación del ADN y las modificaciones de las histonas que alteran la accesibilidad de la cromatina y se copian durante la división celular, sin ningún cambio en la secuencia del ADN.
Scope
Este tema cubre la metilación del ADN y su papel en el silenciamiento estable, la modificación covalente de las colas de las histonas y la cromatina abierta o cerrada resultante, la remodelación de la cromatina dependiente de ATP, la propagación de los estados de la cromatina a través de la replicación del ADN y el concepto de herencia epigenética a través de las generaciones celulares y del organismo. Trata la regulación heredable basada en la cromatina; el control secuencia-específico y mediado por ARN se cubren en los temas adyacentes.
Core questions
- ¿Cómo silencia la metilación del ADN los genes y se mantiene estable a través de la replicación?
- ¿Cómo abren o cierran las modificaciones de las histonas la cromatina para controlar el acceso a los genes?
- ¿Cómo reposicionan los complejos de remodelación de la cromatina los nucleosomas?
- ¿Cómo se copian los estados de la cromatina para que se hereden los patrones de expresión génica?
Key concepts
- Metilación del ADN y silenciamiento génico
- Modificaciones de histonas y el código de histonas
- Eucromatina abierta versus heterocromatina cerrada
- Remodelación de la cromatina dependiente de ATP
- Heredabilidad de los estados de la cromatina
Mechanisms
Los grupos metilo añadidos a las citosinas y una variedad de marcas químicas en las colas de las histonas reclutan proteínas que compactan la cromatina en heterocromatina silente o la mantienen abierta y activa; los complejos de remodelación deslizan o desalojan los nucleosomas para exponer las secuencias reguladoras, y las enzimas de mantenimiento restablecen la metilación y las marcas de histonas en el ADN recién replicado para que el estado persista en las células hijas.
Clinical relevance
La metilación aberrante del ADN y la modificación de las histonas son características distintivas del cáncer y de varios síndromes del desarrollo, las marcas epigenéticas sirven como biomarcadores y los fármacos dirigidos a las enzimas modificadoras de la metilación y las histonas se utilizan en oncología; el campo se presenta aquí para su comprensión más que para orientación clínica.
History
Waddington introdujo el término epigenética en la década de 1940 para describir cómo el genotipo da lugar al fenotipo; la era molecular comenzó con el reconocimiento de la metilación del ADN como una marca de silenciamiento y se aceleró con el descubrimiento de las enzimas modificadoras de histonas alrededor del año 2000, estableciendo la cromatina como una capa heredable de regulación.
Debates
- Herencia epigenética transgeneracional en mamíferos
- La cuestión de si las marcas epigenéticas pueden transmitirse a través de generaciones en mamíferos para afectar los fenotipos de la descendencia sigue siendo controvertida, porque la mayoría de las marcas se restablecen en la línea germinal y la evidencia clara en humanos es limitada, aunque dicha herencia está bien documentada en plantas y algunos animales.
Key figures
- Conrad Waddington
- C. David Allis
- Adrian Bird
Related topics
Seminal works
- allis2007
Frequently asked questions
- ¿Cómo se puede heredar la expresión génica sin cambiar el ADN?
- Marcas como la metilación del ADN y las modificaciones de las histonas se sitúan sobre el ADN y sus proteínas de empaquetamiento; enzimas especializadas copian estas marcas en el nuevo ADN después de la replicación, de modo que las células hijas heredan el mismo estado de encendido o apagado de cada gen.
- ¿Cuál es la diferencia entre eucromatina y heterocromatina?
- La eucromatina está poco empaquetada y generalmente es accesible a la maquinaria de transcripción, por lo que sus genes pueden expresarse, mientras que la heterocromatina está densamente empaquetada y típicamente silenciada; las marcas epigenéticas ayudan a determinar qué regiones adoptan qué estado.