Un resumen de la epigenética

Genetics

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Summary

Desde los primeros días de la investigación genética, los científicos han observado ciertas diferencias fenotípicas heredables que no son debido a diferencias en la secuencia de nucleótidos del ADN. La evidencia actual sugiere que estos fenómenos "epigenética" podrían ser controlados por una serie de mecanismos, incluyendo la modificación del ADN citosina bases con grupos metilo, la adición de grupos químicos diferentes a las proteínas de la histona, y el reclutamiento de proteínas factores a sitios específicos del ADN mediante interacciones con RNAs no codificantes de proteínas.

En este video, JoVE presenta la historia de importantes descubrimientos en la epigenética, como la inactivación del X-cromosoma (XCI), el fenómeno donde un cromosoma x entero está silenciado en las células de los mamíferos hembra. Preguntas clave y métodos en el campo se repasan, incluyendo técnicas para identificar secuencias de ADN asociadas con diferentes modificaciones epigenéticas. Finalmente, discutimos cómo los investigadores actualmente están utilizando estas técnicas para entender mejor la regulación epigenética de la función del gene.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Fundamentos de la genética. Un resumen de la epigenética. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

El campo de la epigenética, cuya definición es altamente controvertido, se refiere ampliamente al estudio de diferencias heredables en la función de genes que no pueden explicarse por los cambios de secuencia de ADN. El término "epigenética" introdujo por primera vez por Conrado Waddington en la década de 1950, para explicar la diversidad celular tipos en el cuerpo podrían surgir de un conjunto de material genético. Los investigadores han identificado muchos procesos tienen una base epigenética, pero existe una discusión significativa sobre muchos principios fundamentales del campo.

En este video, podemos destacar importantes descubrimientos en la epigenética, preguntas clave que se debaten por epigenetistas, herramientas comunes utilizadas para responder a estas preguntas y finalmente, algunas investigaciones actuales en el campo.

En primer lugar, vamos a repasar varios momentos clave en la historia de la epigenética.

En la década de 1930, Hermann J. Muller observó un fenómeno conocido como diversidad del efecto de posición en Drosophila. Encuentran moscas mutantes con ojos moteados y este fenotipo se relaciona la extensión variable de la condensada "heterocromatina" que silenciaron el gen responsable del color de los ojos. Este sería el primer fenómeno "epigenético" identificado donde se observó un cambio fenotípico sin un cambio correspondiente a la secuencia genética.

En 1959, Susumu Ohno observó en células de hígado de rata hembra que uno de los dos X-cromosomas fue condensada. Dos años más tarde, Mary Lyon presume que este cromosoma x condensado es genéticamente inactiva, que la elección de que cromosoma X para ser inactivado es aleatorio, y que esta inactivación está estable heredada por descendencia de la célula. Este proceso, ahora llamado cromosoma x inactivación o XCI, hace que las hembras a ser mosaicos biológicos.

En 1964, Alfred Mirsky publicó los primeros trabajos sobre el papel de modificaciones de las histonas en la regulación génica. Las histonas constituyen el núcleo de los nucleosomas, que son la unidad básica de la repetición de la cromatina en las células eucariotas. Mirsky estudió cómo la metilación y acetilación de las histonas afectaron síntesis de ARN, y ahora se sabe que numerosas modificaciones alteren el "estado de actividad" de regiones cromosómicas cercanas.

En 1975, Robin Holliday y su estudiante John Pugh e independientemente Arthur Riggs, propusieron la metilación de CpG dinucleótidos en ADN se pudieran implicar en silenciamiento epigenético estable, por ejemplo durante la XCI. Adrian Bird y sus colegas prestadas más crédito a esta idea en 1985 mediante la identificación de clusters de unmethylated sitios de CpG en el genoma que luego fueron asociaron con promotores transcripcionalmente activos. Él sería más tarde también descubrir proteínas reguladoras que se unen a ADN metilado, eventualmente reprimir la transcripción.

En 1984, Davor Solter, Azim Surani y otros observan eso ratón embriones que contienen material genético sólo maternal o paternal, creado a través de experimentos de transplante nuclear — no se desarrollan normalmente. Esto marcó el descubrimiento de impresión genómica y expresión génica específica de padres de origen.

Los genes impresos primeros fueron descubiertos en 1991, donde sólo la copia heredada del padre o madre nunca se expresa. Uno de estos genes, H19, resulta para ser algo inusual, su producto final es un ARN de 2.3 kilobase que no se traducen en proteínas.

Más de estos "larga noncoding RNAs" o lncRNAs pronto fueron descubiertos, incluyendo Xist, que se requiere para cerrar el cromosoma x durante la XCI. La evidencia actual sugiere que estos RNAs pueden funcionar como andamios para contratar factores reguladores. Hoy, los investigadores continúan trabajando hacia fuera cómo las interacciones entre lncRNAs, metilación del ADN y modificaciones de las histonas regulan procesos epigenéticos.

Ahora, volvamos a algunas preguntas por epigenetistas.

En el nivel más básico, los científicos todavía activamente están estudiando los mecanismos por el cual marcas epigenéticas, tales como modificaciones de las histonas y la metilación del ADN, son creadas, eliminadas e interpretadas. Los investigadores siguen caracterizando las enzimas que llevan a cabo estas funciones, así como las marcas de interactúan con la maquinaria de transcripción para activar o reprimir la expresión génica.

Una pregunta más profunda que surge es si existe un "código epigenético", análoga al bien definido "código genético", que dicta cómo la información en el ADN se traduce en secuencia de la proteína. Los investigadores tratan de determinar si la combinación de marcas epigenéticas forma un código predictivo del mismo modo que un día harán posible deducir el patrón de expresión de cada gen.

Recientemente, los científicos han estado interesados en los roles biológicos de lncRNAs. Mientras que un modelo imperante es que lncRNAs ayudar a reclutar a factores epigenéticos a localizaciones genómicas específicas, sus mecanismos exactos y si lncRNAs todos funcionan del mismo modo, todavía se están estudiando.

Finalmente, dado que las marcas epigenéticas son química "complementos" que simplemente no se replican junto con el ADN, los científicos están todavía intentando aprender cómo seguir las marcas a través de generaciones celulares. Aún más controvertida es la posible herencia transgeneracional de ciertos procesos epigenéticos. Porque se observa que las marcas epigenéticas son dramáticamente borradas o "reprogramadas" temprano en la embriogénesis y otra vez durante la formación de gametos, cómo y si estos fenómenos transgeneracionales ocurren realmente sigue siendo muy debatido.

Echemos ahora un vistazo a algunas herramientas que se utilizan en el estudio de la epigenética.

Metilación del ADN es comúnmente detectada por análisis de bisulfito, un proceso para cambiar residuos unmethylated citosina al uracilo, que luego son detectados como thymine en reacciones de secuenciación. Comparación de secuencias antes y después tratamiento de bisulfito permite a los investigadores a identificar la ubicación del ADN metilado. Otro método de analizar el estatus de metilación del ADN es de digerir DNA con enzimas de restricción sensibles a metilación, que sólo puede cortar unmethylated DNA.

Inmunoprecipitación o técnicas de pull-down, se utilizan para identificar secuencias de DNA o RNA asociadas con características específicas. Inmunoprecipitación de cromatina, o ChIP, aísla ADN enlazado por factores de proteína particular o modificaciones de las histonas, cuya información de secuencia puede entonces analizarse por PCR o secuenciación.

Por otro lado, inmunoprecipitación de ADN metilado o MeDIP, se utiliza para aislar y enriquecer el ADN metilado. Inmunoprecipitación de RNA, o RIP y aislamiento de la cromatina por la purificación del ARN o chirrido, pueden determinar respectivamente los socios de la proteína de un ARN no codificante o sus localizaciones genómicas vinculante.

técnicas basadas en. En este experimento, fluorescencia en situ hibridación RNA de Xist se combinó con inmunofluorescencia contra modificaciones de las histonas conocido. Las marcas lncRNA e histona entonces podrían ser "co localizadas" para revelar posibles relaciones funcionales.

Sólo ha visto Resumen de Zeus de la epigenética. En este video analizamos la historia del campo de la epigenética, algunas de las preguntas importantes y herramientas de campo y ejemplos específicos de investigación epigenética. ¡Como siempre, gracias por ver!

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