La combinación correcta de padres puede desactivar un gen de forma indefinida

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La evidencia sugiere que lo que sucede en una generación (dieta, exposición a toxinas, trauma, miedo) puede tener efectos duraderos en las generaciones futuras. Los científicos creen que estos efectos son el resultado de cambios epigenéticos que ocurren en respuesta al medio ambiente y activan o desactivan los genes sin alterar el genoma o la secuencia del ADN.

Pero no se ha entendido cómo estos cambios se transmiten de generación en generación, en parte, porque los científicos no han tenido una manera fácil de estudiar el fenómeno. Un nuevo estudio realizado por investigadores de la Universidad de Maryland proporciona una herramienta potencial para desentrañar el misterio de cómo las experiencias pueden causar cambios hereditarios en la biología de un animal. Al aparearse con los gusanos nematodos, produjeron cambios epigenéticos permanentes que duraron más de 300 generaciones. La investigación fue publicada el 9 de julio de 2021 en la revista Comunicaciones de la naturaleza.

“Hay mucho interés en la epigenética hereditaria”, dijo Antony Jose, profesor asociado de biología celular y genética molecular en la UMD y autor principal del estudio. “Pero obtener respuestas claras es difícil. Por ejemplo, si estoy a dieta hoy, ¿qué efecto tiene en mis hijos y nietos, etc.? Nadie lo sabe, porque hay muchas variables diferentes involucradas. Pero descubrimos esto muy Un método simple, a través del apareamiento, para inactivar un solo gen durante múltiples generaciones. Y esto nos da una gran oportunidad para estudiar cómo ocurren estos cambios epigenéticos estables “.

En el nuevo estudio, José y su equipo descubrieron durante la cría de gusanos nematodos que ciertos apareamientos conducían a cambios epigenéticos en la descendencia que han continuado transmitiéndose durante tantas generaciones como los científicos los han criado. Este descubrimiento permitirá a los científicos explorar cómo se transmiten los cambios epigenéticos a las generaciones futuras y qué características hacen que los genes sean susceptibles a cambios epigenéticos permanentes.

José y su equipo comenzaron este trabajo en 2013 mientras trabajaban con los gusanos nematodos, Caenorhabditis elegans (C. elegans), una especie que se usa a menudo como modelo para comprender la biología animal. Los científicos notaron que los gusanos criados para llevar un gen al que llamaron T, que produce proteínas fluorescentes, a veces brillaban y otras no. Esto fue desconcertante porque las luces altas y no altas tenían un ADN casi idéntico.

“Todo comenzó cuando nos encontramos con un gen raro que ha experimentado un cambio permanente durante cientos de generaciones simplemente por apareamiento. Podríamos haberlo perdido fácilmente”, dijo Sindhuja Devanapally (Ph.D. ’18, ciencias biológicas), uno de los autores .principal. de la firma que ahora es becaria postdoctoral en la Universidad de Columbia.

Para comprender mejor el fenómeno, los investigadores realizaron experimentos de reproducción en los que solo la madre o el padre portaban el gen fluorescente. El equipo esperaba que, independientemente del padre que portara el gen, la descendencia se iluminara. En cambio, encontraron que cuando la madre portaba el gen fluorescente, la descendencia siempre brillaba, lo que significa que el gen siempre estaba encendido. Pero cuando el padre portaba el gen, la descendencia generalmente brillaba débilmente o no brillaba en absoluto.

“Descubrimos que existen estas señales basadas en ARN que controlan la expresión génica”, dijo José. “Algunas de estas señales silencian el gen y otras son señales protectoras que impiden el silencio. Estas señales lo silencian a medida que se desarrolla la descendencia. Cuando el gen proviene de la madre, la señal protectora siempre gana, pero cuando el gen proviene del padre, la señal del silencio casi siempre gana “.

Cuando gana la señal de silenciamiento, el gen se silencia para siempre, o durante al menos 300 generaciones, que es el tiempo que José y sus colegas han estado siguiendo a sus gusanos criados en laboratorio. Los ejemplos anteriores de cambios epigenéticos eran más complejos o no duraron más de un par de generaciones. Los investigadores aún no saben por qué la señal de silenciamiento solo gana parte del tiempo, pero este nuevo descubrimiento los coloca en una posición mucho mejor que nunca para explorar los entresijos de la herencia epigenética.

“Si bien hemos encontrado una serie de genes que se pueden silenciar casi de forma permanente, la mayoría de los demás genes no se ven afectados de la misma manera”, dijo el otro coautor del estudio, Pravrutha Raman (Ph. D. ’19, ciencias biológicas), quien ahora es becario postdoctoral en el Centro de Investigación del Cáncer Fred Hutchinson. “Después del silencio, se recuperan y se expresan en las generaciones futuras”.

Con sus nuevos hallazgos, los investigadores ahora creen que algunos genes pueden ser más vulnerables al cambio epigenético permanente, mientras que otros genes se recuperan en unas pocas generaciones. Aunque los estudios sobre gusanos no son los mismos que en humanos, la investigación proporciona una ventana a los procesos biológicos que probablemente sean compartidos, al menos en parte, por todos los animales.

“Los dos grandes beneficios que tenemos ahora de este trabajo son que este cambio epigenético duradero es fácil de inducir a través del apareamiento y que ocurre a nivel de un solo gen”, dijo José. “Ahora podemos manipular este gen y controlarlo todo, lo que nos permitirá determinar qué características hacen que un gen sea susceptible o resistente al cambio epigenético hereditario”.

José y sus colegas esperan que los estudios futuros puedan algún día ayudar a los científicos a identificar genes humanos que son vulnerables a cambios epigenéticos duraderos.

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