¿Qué tan lejos estamos de poder secuenciar todo el epigenoma de alguien?

¡Una persona no tiene un solo epigenoma!

Si define un “epigenoma” como el conjunto de modificaciones de ADN y proteínas asociadas al ADN que influyen en la transcripción, ha descrito una población de cosas increíblemente diversa y (más importante) dinámica . El “epigenoma” es literalmente la forma en que una célula adapta el ADN que contiene a la expresión génica que es apropiada en este momento .

Con algunas excepciones muy triviales, cada célula de su cuerpo contiene el mismo ADN; sin embargo, todas esas células hacen cosas muy diferentes entre sí e incluso se ven muy diferentes entre sí. Su ADN se usa para hacer de todo, desde neuronas motoras frágiles de un metro de largo hasta células resistentes y escamosas de la capa externa de su piel. Estas células tienen perfiles muy diferentes de expresión génica, sin embargo, están leyendo del mismo ADN, aquí es donde brilla la epigenética.

Las regiones de ADN que se transcriben activamente, es decir, que se utilizan para producir ARN, que a su vez se utiliza para producir proteínas, tienen un estado epigenético muy diferente al de las regiones que no lo son. Los genes cambian su estado de expresión (de “apagado” a “encendido”, viceversa, y todo lo demás) en respuesta a su entorno interno y externo, lo que significa que su “estado epigenético” también cambia.

Dado el número de tipos de células que tenemos (miles) y las diversas señales ambientales que experimentamos a lo largo de solo un día, asignar cualquier cosa ya que el epigenoma no tiene sentido. Pero, al mismo tiempo, no podemos determinar razonablemente todos los epigenomas de alguien, en parte, porque probablemente haya decenas de miles de ellos, en parte, porque probablemente habrán cambiado para cuando termine de analizar las muestras iniciales. !

Definitivamente tenemos las herramientas y tecnologías para poder hacer preguntas sobre genes específicos o modificaciones específicas (como se detalla en la excelente respuesta de Christopher VanLang), y podemos dirigirlos a tejidos específicos en condiciones específicas, pero esto es probablemente tan bueno como sea posible. .

En una simplificación excesiva de la epigenética, existen en general dos clases de cambios epigenéticos, la metilación del ADN en la resolución de pares de bases y la desacetilación de histonas, lo que da como resultado la remodelación de la eucromatina a hetereocromatina “silenciosa” en un nivel estructural mayor. Esta es una gran generalización ya que los cambios epigenéticos no se limitan a esos tipos de cambios y los mencionados son simplemente la punta del iceberg.

Estos dos cambios ya podemos detectarlos. El producto de la metilación del ADN, la 5-metilcitosina, se puede detectar utilizando un tratamiento con bisulfito que elimina la citosina pero no las 5-metilcitosinas. La secuenciación de Sanger o Maxam-Gilbert obtendrá el resto de la respuesta. El método, la secuenciación de bisulfito, existe desde 1992, por lo que es una tecnología bastante madura [1]. Esto ha sido ampliado recientemente a un método de alto rendimiento por PacBio [2].

El mA tiene una escala de tiempo diferente de unión que el A no metilado:


El posicionamiento de cromatina / hetereocromatina está determinado por variaciones del protocolo ChIP-chip / ChIP-Seq. Al igual que la secuenciación, el concepto ha existido desde los años 80, pero el advenimiento de la secuenciación de alto rendimiento ha reducido significativamente los costos. La premisa básica es que el ADN se unirá a la cromatina y si el ADN no unido se degrada, solo se preservará el ADN protegido con cromatina. La secuencia de ese ADN te dice qué secuencias han sido protegidas. Usando esa información, se supone que las regiones donde las lecturas están más cercanas sugieren un estado de hetereocromatina donde las regiones más sueltas o no unidas reflejan más un estado de eucromatina [3].

Nuevamente, este trabajo también se ha extendido a un formato de alto rendimiento con el ejemplo citado usando Illumina [4]

El comentario adicional que agregaría es que la variación de célula a célula en una sola persona es descomunal. Gran parte de la programación celular está controlada por el posicionamiento cromático y la estructura del genoma. Esto ni siquiera considera el papel grande, obvio y completamente desconocido que juegan los miRNA en biología. Por lo tanto, aunque las herramientas para secuenciar el epigenoma están disponibles, el valor de la información puede no valer la pena.

[1] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubm
[2] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubm
[3] http://en.wikipedia.org/wiki/Chi
[4] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubm

“epi” significa encendido, sobre o arriba … así que, en términos generales, podríamos decir que es cualquier cosa que no se basa en un cambio de secuencia.

En este punto, estas propiedades parecen limitadas, pero como usted dice “apenas estamos comenzando a comprender la complejidad de las contribuciones epigenéticas …”

Hay una especulación realmente salvaje sobre la molécula de ADN debido a su complejidad … por supuesto, la especulación es especulación, pero seguro que hay MUCHO más por venir sobre este tema.

Entonces, para responder a su pregunta, estamos MUY LEJOS de saber siquiera la totalidad del significado del término … nuestra comprensión es muy limitada.