¿Cómo funciona la impresión con genes?

Algunas funciones de herencia o expresión génica no se pueden realizar simplemente traduciendo y transcribiendo información de una secuencia de ácido nucleico estático. La naturaleza ha desarrollado varios mecanismos que evitan esta limitación, manipulando moléculas y mecanismos en el dogma central, dando más flexibilidad a los procesos de la vida. Estos mecanismos se denominan colectivamente epigenética .


Un ejemplo de un mecanismo epigenético bien conocido es la inactivación del cromosoma X (se espera que la relevancia de esto para la pregunta se aclare más adelante). Como probablemente sepa, en los mamíferos (y en algunos otros organismos), las hembras tienen dos cromosomas X, mientras que los machos tienen una X y una Y. Esto parece un buen sistema para determinar el sexo a primera vista, pero plantea algunos problemas. Por un lado, X e Y son los únicos cromosomas que ocurren naturalmente sin un par homólogo, presentando algunas dificultades para la reparación y el cruce del ADN. Pero lo más importante para el problema en cuestión, las mujeres tienen el doble de copias de cada gen y región reguladora en los cromosomas X en comparación con los hombres. Esto daría grandes diferencias no deseadas en la expresión génica.

La naturaleza resuelve esto inactivando un cromosoma X en las mujeres. ¿Cómo sucede esto y cómo se elige? Aproximadamente, en una etapa preembrionaria temprana, ambas X transcriben un ARNt no codificante llamado Xist, que cuelga alrededor del cromosoma. A través de bucles de retroalimentación positiva, las diferencias muy pequeñas en la transcripción Xist causadas por perturbaciones aleatorias se magnifican en algún momento. El único cromosoma X que produjo un poco más de Xist ahora está completamente cubierto por él, mientras que el otro no. El ARNt Xist se une libremente a ciertas proteínas que cambian la estructura del cromosoma, haciendo que se pliegue en una bola (llamada cuerpo Barr), dejando el ADN inaccesible para una mayor transcripción. Esta situación es permanente, no solo en la célula en sí, sino también en todos sus descendientes por mitosis. Durante la meiosis (es decir, la formación de gametos), el cromosoma inactivado vuelve a su estado natural, de modo que la descendencia nuevamente recibe un cromosoma X aleatorio (o más bien, un nuevo cromosoma que es un híbrido de los dos formados por cruce) .
Debido a que en el punto de inactivación X, el preembrión ya es multicelular, algunas partes del cuerpo adulto tendrán un cromosoma X inactivado, mientras que otras partes tendrán la otra X inactivada. Famoso, en algunos gatos, el locus para un gen determinante del color del pelaje se encuentra en el cromosoma X, de modo que las hembras heterocigotas tendrán un patrón de color típico de mosaico.
Un gato celio: los parches naranja y negro son regiones en las que está activo un cromosoma X diferente, y por lo tanto un alelo que determina el color del pelaje.

[[Nota: así es como se maneja la inactivación X en mamíferos placentarios. En los marsupiales, siempre se desactiva el cromosoma X del padre, que básicamente es la impresión.]]

El cromosoma X se inactiva por dos mecanismos principales: metilación del ADN y modificación de la histona. Ambos se relacionan no con la secuencia de ácido nucleico, sino con el empaquetamiento de la molécula de ADN en el núcleo . Como ya sabrán, el ADN está fuertemente empaquetado en el núcleo, primero alrededor de las histonas, pero esas histonas luego se forman un bucle para formar nucleosomas, que se vuelven a enrollar varias veces. La medida en que el ADN está empaquetado difiere según la región: las regiones bien empaquetadas se llaman heterocromatina y son mucho más difíciles de acceder para los factores de transcripción y otras proteínas, dejándolas mucho menos transcritas. En la metilación del ADN, los grupos metilo se agregan al ADN en sí (más precisamente a la NA de adenosina y citosina), que es más propenso a acumularse. La modificación de la histona agrega grupos metilo y acetilo a las histonas, y también cambia la forma de la cromatina (en una serie de interacciones complejas y poco conocidas).


Volviendo a la pregunta: la impresión genómica es básicamente la inactivación de X en una escala más pequeña . En lugar de permitir que algún proceso bioquímico elija la región inactivada, ahora está inactivada en la línea germinal (es decir, los gametos) de los individuos masculinos (o femeninos) de la especie, de modo que solo puedan heredarla de la madre (o el padre) . Y en lugar de inactivar un cromosoma completo, es una región más pequeña.

El proceso es repetible, porque cada individuo hereda un gen activo y uno inactivo. Cuando crea nuevos gametos para crear su propia descendencia, tanto las secuencias activas como las inactivas se desactivan en un macho (o hembra), y se desactivan en una hembra (o macho), de modo que la descendencia de segunda generación heredará el gen activo de ya sea su abuelo o abuela, pero siempre del lado del padre (o de la madre), repitiendo el ciclo.

No se entiende completamente. Pero probablemente no sea adaptativo, sino un efecto secundario de una limitación biológica.

El embrión no nota la diferencia: es simplemente diferente en los espermatozoides en comparación con los óvulos (que pasan por diferentes procesos fisiológicos y genómicos). El efecto solo dura una generación en casos documentados.

Citaré directamente de este artículo de revisión sobre epigenética:

… Este efecto epigenético materno no es el resultado de un entorno materno contribuido. Más bien, resulta de la eliminación incompleta de la modificación epigenética cuando se pasa un alelo silenciado [loci imprimible] a través de la línea germinal femenina. Los efectos de los padres de origen probablemente surgen porque la resistencia de [ciertos transposones cercanos] a la reprogramación epigenética difiere entre la línea germinal masculina y femenina.

Comprender la herencia epigenética transgeneracional a través de los gametos en mamíferos