Epigenética en el Desarrollo

Cómo los patrones hereditarios de expresión génica —establecidos por la metilación del ADN, la modificación de histonas y el estado de la cromatina— se establecen y mantienen a medida que las células adquieren y conservan sus identidades.

Definition

La epigenética en el desarrollo es el estudio de los cambios hereditarios en la expresión génica que no alteran la secuencia del ADN —mediados por la metilación del ADN, las modificaciones de histonas y la organización de la cromatina— y que establecen y mantienen los estados de expresión génica que subyacen a la identidad celular.

Scope

Este tema abarca los mecanismos epigenéticos que estabilizan los estados de expresión génica durante el desarrollo: la metilación del ADN, las modificaciones de histonas, la remodelación de la cromatina y el mantenimiento de los patrones de expresión a través de la división celular. Aborda la impronta genómica, la inactivación del cromosoma X y el papel de los sistemas Polycomb y Trithorax en el mantenimiento de los estados reprimidos y activos, así como la reprogramación epigenética en la línea germinal y el embrión temprano.

Core questions

• ¿Cómo se hacen hereditarios los estados de expresión génica específicos de cada tipo celular a través de las divisiones celulares?
• ¿Cómo marcan la metilación del ADN y las modificaciones de histonas a los genes como activos o silentes?
• ¿Cómo surgen epigenéticamente fenómenos como la impronta y la inactivación del cromosoma X?
• ¿Cómo se reprograma el epigenoma en la línea germinal y el embrión temprano?

Key concepts

• Metilación del ADN
• Modificaciones de histonas y remodelación de la cromatina
• Sistemas de mantenimiento Polycomb y Trithorax
• Impronta genómica e inactivación del cromosoma X
• Reprogramación epigenética en la línea germinal

Key theories

Memoria celular a través de los estados de la cromatina

Una vez que se establece un programa de expresión génica, las marcas basadas en la cromatina mantenidas por los sistemas Polycomb y Trithorax preservan los estados reprimidos y activos a través de la división, proporcionando una memoria celular que mantiene estable la identidad de una célula sin instrucciones adicionales.

Mechanisms

Los estados de expresión génica durante el desarrollo se refuerzan mediante modificaciones en el ADN y la cromatina. La metilación del ADN generalmente marca los genes para un silenciamiento estable, mientras que las combinaciones de modificaciones de histonas etiquetan los genes como activos o reprimidos y reclutan la maquinaria que mantiene esos estados. Las proteínas del grupo Polycomb mantienen reprimidos los genes del desarrollo y las proteínas del grupo Trithorax los mantienen activos, y ambos sistemas propagan sus marcas a través de la división celular para proporcionar memoria celular. Procesos epigenéticos especializados establecen la expresión específica del progenitor (impronta genómica) y silencian un cromosoma X en las hembras (inactivación del cromosoma X). En la línea germinal y el embrión temprano, gran parte del epigenoma se borra y se restablece, reiniciando el potencial de desarrollo entre generaciones.

Clinical relevance

La regulación epigenética alterada subyace a los trastornos de impronta y contribuye al cáncer y otras enfermedades, y la reprogramación epigenética es fundamental para las tecnologías de células madre y clonación. Esta entrada es educativa y no proporciona orientación clínica.

History

Waddington acuñó el término epigenética para describir cómo los genes dan lugar al organismo desarrollado. El descubrimiento de la inactivación del cromosoma X y, posteriormente, la caracterización molecular de la metilación del ADN y las marcas de histonas dieron al campo su fundamento mecanicista.

Key figures

• Conrad Waddington
• Mary Lyon

Seminal works

• gilbert2016
• wolpert2015

Frequently asked questions

¿Qué significa epigenético en el desarrollo?

Se refiere a cambios hereditarios en los que los genes se activan o desactivan sin alterar la secuencia del ADN, logrados a través de marcas químicas en el ADN y las proteínas que lo empaquetan.

¿Cómo recuerdan las células su identidad?

Las marcas basadas en la cromatina mantenidas a través de la división celular actúan como una memoria celular, manteniendo los genes correctos activados o desactivados para que una célula y sus descendientes conserven su identidad establecida.