¿Por qué la metilación del ADN y las modificaciones de histonas forman el código epigenético?

“Epigenética” significa literalmente “en los genes”. Cuando el ADN o las proteínas de la histona que rodea (colectivamente llamadas “cromatina”) se modifican química o enzimáticamente, la expresión relativa de los genes puede cambiar. Estas modificaciones se denominan código epigenético porque agregan un nivel de información a los genes más allá de lo que está codificado en la secuencia de sus bases de nucleótidos.

La metilación del ADN es un ejemplo de una modificación epigenética. Las enzimas llamadas metiltransferasas de ADN pueden colocar un grupo metilo (-CH3) en una base de ADN. Típicamente, esto hace que el ADN sea menos accesible para la ARN polimerasa, la enzima responsable de transcribir el ADN en ARNm. Las histonas también pueden metilarse y acetilarse, aunque la acetilación de histonas suele ser un activador de la expresión génica. Una razón propuesta por la cual la acetilación de histonas (agregando un grupo acetilo) activa los genes es que agregar un grupo acetilo a los residuos de lisina cargados positivamente interfiere con su capacidad de unirse a la cadena principal de fosfato de ADN cargada negativamente. Ahora el ADN se enrolla con menos fuerza alrededor de la proteína histona, y es más accesible a las proteínas de transcripción.

Es importante recordar que el ADN no es solo un código, sino un polímero físico. Tiene que ser empaquetado, almacenado, etiquetado y leído de forma controlada. También considere que cada célula de su cuerpo tiene exactamente la misma secuencia de ADN. Parte del proceso por el cual las células madre se diferencian en tipos de células específicas (como las células musculares, nerviosas o sanguíneas) consiste en desactivar genes de forma selectiva y permanente. Una neurona no necesita producir hemoglobina, y una célula adiposa no necesita producir proteínas receptoras sensibles a la luz. Las modificaciones epigenéticas como la metilación desactivan estos genes y establecen un programa genético ajustado para la célula.

Hay muchas otras modificaciones además de la metilación y la acetilación que influyen en la expresión génica. La epigenética ha sido un foco de investigación durante varias décadas y sigue siéndolo hoy en día, ya que se descubre que muchas enfermedades están relacionadas con las modificaciones de la cromatina.

Evan Glasgow y Antonio Carusillo han escrito respuestas muy buenas y completas sobre el papel que desempeñan la metilación del ADN y las modificaciones de histonas en la activación o desactivación de genes, i. e . sobre la regulación de la expresión génica. No tengo nada que agregar a esas excelentes respuestas, pero en su lugar, intentaré responder la parte del “por qué” de la pregunta.

Es muy difícil responder preguntas de “por qué” en biología, porque a menudo no sabemos cómo se seleccionaron ciertos mecanismos a lo largo de la evolución y la historia de la vida. No sabemos exactamente por qué la histona y no otras proteínas se seleccionaron en el punto de domo en la evolución de los eucariotas, para formar nucleosomas que permitan la compactación de los genomas eucariotas mucho más grandes; No sabemos exactamente por qué la metilación del ADN es la modificación química más común del ADN que influye en la expresión génica.

Pero hay un “por qué” con respecto al nombre “código epigenético”. Es simplemente un intento obvio de crear un paralelo con el código genético. El “código epigenético” tiene un tono, es tan simple como eso. La mayoría de los científicos que conozco lo llaman simplemente “epigenética”, que es un término general conveniente para todo lo que no son cambios en la secuencia de ADN en sí. El uso de la palabra “código” es más una abreviatura para enseñar sobre las modificaciones de ADN e histonas y el papel que desempeñan en la regulación de la expresión génica.