¿Qué es la epigenética?

Índice

• Diferencias entre genética y epigenética
• Entonces ¿nuestros genes nos predeterminan desde la cuna?
• ¿Cómo actúa la epigenética?
• Cambios en la epigenética durante el envejecimiento
• ¿Cómo debemos actuar para influir positivamente en nuestra expresión génica?

Diferencias entre genética y epigenética

La genética es una especialidad de Biología que estudia los caracteres hereditarios que se transmiten de padres a hijos, es decir, nuestros genes, en los que viene determinada nuestra apariencia (color de ojos, de cabello, estatura…), pero también las capacidades mentales, la probabilidad de contraer ciertas enfermedades, ciertos rasgos de la personalidad… Estos genes vienen determinados desde nuestro nacimiento, desde el momento en el que se unen los cromosomas del espermatozoide y del óvulo que dan lugar al embrión, no pudiéndose cambiar.

El padre de la genética es Gregor Mendel. Él fue el primero en describir el mecanismo de los patrones de herencia de rasgos que se transmiten de padres a hijos. Mendel usó plantas de guisantes de jardín para describir estos fenómenos. En el mundo moderno, la unidad de herencia se denomina gen. Los genes están presentes en los cromosomas de un organismo. Un cromosoma está compuesto de ADN y proteína. Con el tiempo, se confirmó que el ADN es la molécula responsable de la herencia. Por lo tanto, la información genética que se transmite de una generación a la siguiente se almacena dentro de las moléculas de ADN. 

Por su parte, la epigenética es un campo nuevo de estudio que ha surgido en los últimos años y que se centra en estudiar los cambios que se producen por la activación y desactivación de los genes, pero sin cambiar el ADN subyacente del organismo. En otras palabras, es el estudio de los cambios en la función de los genes que son hereditarios y que no se pueden atribuir a alteraciones de la secuencia de ADN.

Desde que se comenzó este nuevo campo de estudio, se han descubiertos mecanismos epigenéticos en la mayoría de procesos fisiológicos y en muchas de las enfermedades que padecemos, como el cáncer, las enfermedades cardiovasculares, las neurológicas, las reproductivas, etc. 

La epigenética son todos los procesos que modifican la expresión de los genes, sin alterar su secuencia. Este término, acuñado en 1942 por el científico Conrad Hal Waddington, significa literalmente “por encima (epi) del genoma”. Sirve para definir las interacciones entre los genes y el medioambiente en que se producen los organismos, ya que existen muchos factores medioambientales, químicos, tóxicos, electromagnéticos e incluso emocionales que pueden intervenir en este proceso. Así, las marcas epigenéticas cambian la forma como se expresan los genes.

Para tenerlo más claro, "la diferencia entre genética y epigenética probablemente puede compararse con la diferencia que existe entre escribir y leer un libro. Una vez que el libro ha sido escrito, el texto (los genes o la información almacenada en el ADN) será el mismo en todas las copias que se distribuyan entre los lectores. Sin embargo, cada lector podría interpretar la historia del libro de una forma ligeramente diferente” (Thomas Jenuwein).

El genotipo es la información genética que poseemos, mientras que el fenotipo es la expresión clínica de ese gen y ahí sí podemos actuar.

Entonces ¿nuestros genes nos predeterminan desde la cuna?

Cada persona tiene un ADN único que recibe de sus padres a través de los genes que aporta cada gameto. Cada uno de estos genes contiene la información precisa para sintetizar una proteína diferente. A su vez, las proteínas determinan la forma y la estructura de nuestras células y son esenciales para los procesos fisilógicos; por eso se dice que el ADN es el “código fuente” de nuestro organismo.

Sin embargo, la genética es solo una pequeña parte de toda nuestra vida. Se cree que, en general, es responsable solo de entre el 10 y el 25% de lo que somos, lo que significa que queda entre un 75 y un 90% de lo que somos que se lo debemos a la epigenética, sobre la cual, como explicaremos, es más fácil actuar.

Como hemos visto, no podemos cambiar nuestros genes, pero sí podemos influir en nuestra salud ya que nuestros hábitos, nuestra alimentación, el ejercicio físico que hacemos, lo que pensamos o sentimos y cómo nos relacionamos con los demás afectan a la manera en que se expresan nuestros genes, es decir, a la epigenética. Es ahí donde podemos actuar para, por ejemplo, alargar nuestra esperanza de vida y no solo vivir más años, sino vivirlos con una mejor salud o evitar ciertas enfermedades.

Es decir, no estamos totalmente predestinados, somos creadores de nuestro propio destino.

¿Cómo actúa la epigenética?

¿Cómo es posible que, a pesar de que todas las células de nuestro cuerpo tengan la misma información genética, hagan tareas completamente diferentes? Porque las células del estómago no funcionan como las de la piel. Pues bien, se debe a que cada célula solo expresa en cada momento algunos genes, los que sean necesarios en cada caso para realizar las funciones requeridas. Y la epigenética es precisamente el conjunto de mecanismos que regulan la expresión de estos genes, es decir, de activar o silenciar unos determinados genes en cada momento.

Determinadas sustancias posibilitan que algunos segmentos de la cadena de ADN de la célula estén desenrollados y activos, mientras que otros están enrollados y desactivados, por lo que no funcionan. Y es que la cadena de ADN de cada célula del cuerpo humano mide unos dos metros, así que imagina la cantidad de información que contiene nuestro organismo teniendo en cuenta los millones de células que tenemos.

En este proceso son muy importantes las histonas, un tipo de proteína que se encuentra en los cromosomas. Las histonas se unen al ADN, ayudan a dar su forma a los cromosomas y a controlar la actividad de los genes. En el núcleo de los cromosomas se encuentra la cromatina, que es la forma en la que se presenta el ADN en el núcleo celular.

Además, aunque existen más tipos de procesos epigenéticos, el más importante es la metilación, que consiste en la transferencia de grupos metilos a algunas de las bases citosinas (una de las cuatro bases nitrogenadas que forman parte del ADN y el ARN) del ADN situadas previamente a una guanina (G). Este proceso es fundamental para regular el silenciamiento génico, es decir, para provocar cambios en la transcripción genética sin alterar el ADN. También se puede realizar este proceso de metilación directamente en las proteínas, regulando la función de las mismas. En este proceso intervienen las enzimas ADN-metiltransferasas. 

En algunas ocasiones, un gen puede ser desactivado por completo y para siempre mediante la metilación del ADN y la modificación de nucleosomas.

La información epigenética original proviene de nuestros padres, pero va variando con el tiempo en función de nuestros hábitos e interacciones con el medio ambiente.

Como decíamos, nuestro estilo de vida, nuestra alimentación, nuestros sentimientos… van modificando esta expresión génica, haciendo que se “enciendan y apaguen” ciertos genes. Muchos de ellos solo modifican sutilmente nuestro organismo, pero otros pueden llegar a tener una gran influencia en nuestra salud y nuestra vida.

La legibilidad o expresión de los genes varía sin que se produzca un cambio en el código del ADN. Es decir, existen pequeñas etiquetas químicas que se añaden o quitan del ADN en  función de una serie de cambios producidos por nuestro entorno.

Además, la edad también influye en la epigenética ya que, a medida que envejecemos, las células dejan poco a poco de funcionar como debieran, lo que va causando el caos en nuestro organismo y haciendo que aparezcan todas las enfermedades y problemas que surgen con la edad.

La buena noticia es que, adoptando una serie de hábitos desde jóvenes, podemos influir en la epigenética, haciendo que nuestras células funcionen correctamente más tiempo y, por lo tanto, retrasando ese proceso de envejecimiento celular. En resumen, no estamos condenados por nuestros genes a sufrir ciertas enfermedades o morir jóvenes, esa posibilidad está ahí, pero podemos activarla o no con nuestros actos.

Cambios en la epigenética durante el envejecimiento

El intrincado sistema que es el epigenoma, que incluye la metilación del ADN, modificaciones de histonas, ARN no codificantes y remodelación de la cromatina, es esencialmente el maestro de la expresión genética. Con la edad, este conductor comienza a cambiar su tono, lo que provoca cambios en el funcionamiento de los genes. 

Un fenómeno común que se observa constantemente a lo largo del envejecimiento es la erosión de la heterocromatina durante el envejecimiento. La heterocromatina son las partes de la cromatina muy compactadas y generalmente no expresadas. Naturalmente, difieren de un tipo de célula a otro. Mantienen silenciados los genes y vías que no son necesarios. Con la edad, las marcas epigenéticas que denotan ubicaciones de heterocromatina comienzan a debilitarse, lo que lleva a un estado menos compacto y más activo transcripcionalmente. Esta pérdida de integridad de la heterocromatina permite que genes que normalmente están silenciados se expresen erróneamente, lo que contribuye a la disfunción celular que a menudo se observa en el envejecimiento. Otros procesos que ocurren al envejecer son:

1- Cambios transcripcionales. El resultado transcripcional, el resultado final del paisaje epigenético, es cómo se manifiestan en el fenotipo los cambios epigenéticos relacionados con la edad. Numerosos estudios han identificado cambios en los niveles de expresión de genes individuales y vías completas asociadas con el envejecimiento. Por ejemplo, un estudio de los perfiles de expresión genética de casi 15.000 individuos identifica alrededor de 1.500 genes que cambian significativamente con la edad. Los genes muestran una actividad reducida en la síntesis de ARN y proteínas, funciones mitocondriales y reparación del ADN, junto con una regulación positiva de las respuestas inmunitarias y metabólicas. procesos a lo largo de los estudios.

Sin embargo, es importante entender que el envejecimiento afecta a cada persona de manera diferente, por lo que es un proceso muy diverso. Así como las familias varían mucho en cuanto al número de personas que tienen, lo que les gusta hacer o dónde viven, los cambios en la actividad genética a medida que envejecemos también pueden variar mucho de una persona a otra.

2- Metilación del ADN. La relación entre la metilación del ADN y el envejecimiento, aunque es una de las modificaciones epigenéticas más simples, sigue siendo algo compleja. La metilación del ADN, un cambio epigenético clave, implica la adición de grupos metilo a regiones específicas del ADN, principalmente en las bases de citosina en los dinucleótidos CpG. Este proceso es crucial para regular la actividad genética y juega un papel importante en el proceso de envejecimiento. A medida que envejecemos, se observa una tendencia general de pérdida de metilación del ADN. Esto puede deberse a los cambios en los niveles de actividad de las enzimas responsables de la metilación del ADN, conocidas como ADN metiltransferasas (DNMT). DNMT1, la variante responsable del mantenimiento de las marcas de metilación del ADN existentes, tiende a disminuir, lo que reduce los niveles generales de metilación y potencialmente conduce a un aumento de la actividad genética que anteriormente estaba suprimida.

3- Cambios relacionados con histonas. Las modificaciones de las histonas y los cambios en las variantes de las histonas son cruciales para comprender los mecanismos epigenéticos que influyen en cómo envejecemos. Estos procesos implican ajustes en las proteínas alrededor de las cuales se envuelve el ADN, lo que afecta la actividad genética. A medida que envejecemos, los cambios específicos en estas proteínas histonas y sus modificaciones pueden afectar el funcionamiento de las células y contribuir al proceso de envejecimiento. Las variantes de histonas son versiones especiales de las proteínas histonas estándar que desempeñan funciones únicas en la regulación genética y del ADN. A diferencia de las histonas regulares, que se reemplazan durante la replicación del ADN, variantes como H3.3 se agregan a los cromosomas independientemente de la replicación. Esto es importante para mantener la estructura de la cromatina en las células que ya no se dividen, como las de los tejidos envejecidos. Por ejemplo, H3.3 se convierte en la forma principal de histona H3 en células humanas senescentes, lo que destaca su papel en el envejecimiento celular. Además, la variante macroH2A, que aumenta con la edad, está relacionada con genes represores asociados con el envejecimiento celular y desempeña un papel fundamental en el mantenimiento de la cromatina organizada durante la senescencia.

Las modificaciones de las histonas, como agregar o eliminar grupos metilo o acetilo, pueden aflojar o apretar el empaquetamiento del ADN, influyendo así en si los genes se activan o desactivan. Por ejemplo, la acetilación generalmente abre la cromatina para promover la actividad genética, mientras que la metilación puede activar o silenciar genes dependiendo de dónde y cuántos grupos metilo se agregan. La acetilación en sitios específicos de las histonas H3 y H4 (H3 K56Ac y H4 K16Ac) puede influir en el envejecimiento de diferentes maneras.

Los cambios de metilación, especialmente las marcas de trimetilación en las histonas, también desempeñan un papel importante en el envejecimiento. Una mayor metilación en ciertos sitios podría silenciar genes que necesitan estar activos para la juventud, contribuyendo al declive relacionado con la edad, mientras que una menor metilación podría activar genes que conducen al envejecimiento. Los cambios en la metilación de histonas con la edad reflejan la pérdida de heterocromatina, lo que significa que observamos un aumento en las marcas de metilación de histonas activas mientras que una disminución en las marcas de histonas represivas. Los cambios en las marcas de histonas, que se presentan en muchas formas, indican una pérdida de heterocromatina. Sin embargo, estos cambios no muestran claramente la diferencia entre células viejas y jóvenes. Si bien hemos identificado modificaciones específicas que pueden afectar la vida útil, todavía hay muchas cosas que no entendemos completamente. Además, estos hallazgos deben confirmarse en mamíferos y humanos para garantizar que sean aplicables de manera más amplia.

4- Remodelación de cromatina y estructura del genoma 3D. La cromatina, el complejo de ADN y proteínas que se encuentra en nuestras células, no está agrupado aleatoriamente en los núcleos de las células, sino que se encuentra en una estructura tridimensional organizada que es crucial para regular la actividad genética. Esta estructura tridimensional separa el material genético en compartimentos para un control epigenético organizado y puede diferir de una célula a otra. Sin embargo, como todos los mecanismos epigenéticos, también está sujeto a desregulación con la edad. Las tecnologías de secuenciación que permiten capturar interacciones 3D en el genoma son relativamente recientes, lo que convierte a esta área en un campo de reciente desarrollo. La mayor parte de la información presente se superpone con la adquisición de la senescencia más que con el envejecimiento explícito. Por ejemplo, en fibroblastos y células madre mesenquimales humanas senescentes, las regiones marcadas por H3K27me3 cambian de compartimentos inactivos (B) a activos (A), alterando la expresión genética relacionada con el envejecimiento.

¿Cómo debemos actuar para influir positivamente en nuestra expresión génica?

- Evitando el sedentarismo y haciendo ejercicio físico con regularidad.

- Llevando una alimentación saludable eludiendo grasas saturadas, azúcares, alimentos ultraprocesados…

- Rehuyendo del alcohol y el tabaco.

- Durmiendo entre 7 y 8 horas diarias.

- Prestando atención a nuestra salud mental, potenciando el positivismo.

- Cuidando y manteniendo nuestras relaciones familiares y sociales.

- Incluyendo en nuestra dieta suplementos antienvejecimiento. 

Todo esto puede ayudarnos a cuidar nuestros genes, manteniendo su salud año tras año.