Al manipular, en la mosca de la fruta, esta organización del ADN sin modificar su secuencia, desencadenaron un cambio que se mantiene durante muchas generaciones. Este hallazgo revela una nueva forma de herencia, complementaria a la transmitida por la secuencia del ADN.
Más allá de los genes: la organización 3D del ADN influye en su expresión.
Estamos acostumbrados a la idea de que lo esencial de lo que somos reside en nuestros genes, que heredamos en partes iguales de cada uno de nuestros padres. Sin embargo, la información contenida en la secuencia de nuestro ADN no cuenta toda la historia. Además de este material genético, las señales llamadas "epigenéticas" juegan un papel esencial en la identidad individual y resultan ser cada vez más una parte integral de la información transmitida de padres a hijos.
El término "Epigenética" se refiere a los procesos que afectan la expresión de los genes sin modificar la secuencia del ADN y designa, en la mayoría de los casos, un conjunto de modificaciones químicas del ADN y las proteínas asociadas que activan o desactivan los genes. Un elemento menos conocido pero igualmente crucial es la organización de los genes en el espacio 3D dentro de la célula.
Los genes desactivados, por ejemplo, pueden agruparse y formar grupos reprimidos que se apagan mutuamente. Estos contactos entre regiones del ADN que normalmente estarían alejadas significan que incluso los genes de diferentes cromosomas pueden influirse mutuamente a través de interacciones físicas reales.
Moscas y colores: un experimento que revoluciona nuestra visión de la herencia biológica.
En un nuevo estudio, publicado en la revista Molecular Cell, científicos demostraron que los contactos físicos entre dos genes de la mosca desencadenan en uno de ellos un cambio epigenético que puede heredarse de una generación a otra. Esto provoca un cambio llamativo en la apariencia de las moscas, que tienen ojos rojos o blancos y transmiten este color de ojos a su descendencia durante muchas generaciones.
En general, el mecanismo que genera tales contactos es complejo y aún poco comprendido. En este caso, los científicos pudieron demostrar que una proteína llamada GAF, que se une a ambos genes, inicia el proceso de herencia epigenética. Una mutación en GAF eliminó estos contactos, destacando su papel clave en el acercamiento de estas regiones normalmente alejadas del genoma.
La herencia de información no genética a través de generaciones, un proceso conocido como herencia epigenética transgeneracional, ha sido estudiado en la mosca de la fruta.
En este organismo, la hemizigosis del elemento regulador Fab-7 es capaz de desencadenar la herencia de la marca histona H3K27me3 en un locus homólogo de otro cromosoma, resultando en diferencias epigenéticas hereditarias en el color de los ojos.
Este artículo destaca la importancia de las proteínas PHO y GAF en el establecimiento y mantenimiento de esta herencia transgeneracional. Estas dos proteínas juegan un papel esencial, respectivamente, en el reclutamiento del complejo represivo Polycomb 2 (PRC2) y en la mediación de los contactos cromatínicos intercromosómicos.
© Giacomo Cavalli
Aunque estas observaciones sugieren que los contactos dirigidos por GAF fueron el evento clave que condujo a la herencia de la información epigenética, esto aún no constituía una prueba definitiva. Para lograrlo, los científicos recrearon estos contactos artificialmente diseñando y expresando una proteína capaz de unirse a los dos genes de interés (y solo a esos genes).
Esta proteína imitaba así el papel de GAF al unirse a ambos genes para conectarlos entre sí. Forzar estos contactos de esta manera produjo el mismo efecto que un aumento natural de las interacciones y condujo a la herencia del color de los ojos a lo largo de varias generaciones.
Este experimento demostró el papel esencial de la organización tridimensional del genoma en este proceso, implicándolo por primera vez en la herencia de la información epigenética. Esta nueva publicación propone un mecanismo inédito para explicar cómo ciertas señales epigenéticas, que de otro modo podrían perderse entre generaciones, pueden volverse transmisibles.
Esto podría contribuir, junto con la genética, a la información que heredamos de nuestros padres y que transmitimos a nuestros hijos.
Además, los científicos desarrollaron un sistema de biología sintética para inducir contactos cromatínicos in vivo. Demostraron que estos contactos pueden establecer una herencia transgeneracional, mostrando así que el simple contacto entre dos loci puede inducir una reprogramación de la expresión génica heredable a lo largo de varias generaciones.
Referencia
Interchromosomal contacts between regulatory regions trigger stable transgenerational epigenetic inheritance in Drosophila.
Fitz-James, M.H., Sabaris, G., Sarkies, P., Bantignies, F. & Cavalli, G. Molecular Cell (2024).
DOI: 10.1016/j.molcel.2024.11.021