Si bien el ADN de un organismo contiene el modelo de la vida, es la regulación de este código la que determina qué rasgos se expresan. La expresión genética es el proceso mediante el cual el ADN de un gen se transcribe en ARN y luego se traduce en proteína. Cuando señales externas o internas alteran este proceso, el resultado es un cambio epigenético.
La epigenética es el estudio de los mecanismos moleculares que influyen en la actividad genética sin alterar la secuencia de ADN subyacente. Los procesos epigenéticos más comunes implican controlar la accesibilidad de los genes a la maquinaria de transcripción, activando o desactivando así los genes. Algunas de estas modificaciones son reversibles, mientras que otras pueden transmitirse de generación en generación mediante herencia epigenética.
Todas las células de un cuerpo comparten el mismo genoma, pero realizan funciones distintas debido a patrones epigenéticos específicos de cada célula. Incluso los gemelos idénticos (que tienen ADN idéntico) pueden mostrar diferencias sutiles en apariencia y comportamiento debido a la variación epigenética. Los factores que dan forma a estos patrones incluyen hormonas, factores de crecimiento, neurotransmisores, factores de transcripción, señales químicas y estímulos ambientales.
El ADN se envuelve alrededor de proteínas histonas para formar cromatina. Los cambios químicos en las histonas alteran la tensión de este devanado, lo que influye en si los factores de transcripción pueden acceder al ADN:
Las ADN metiltransferasas añaden grupos metilo a las bases de citosina, especialmente en las regiones promotoras. Estas marcas de metilo bloquean la unión de los factores de transcripción, silenciando eficazmente el gen. Durante la división celular, muchos patrones de metilación se copian fielmente, lo que permite heredar rasgos epigenéticos aunque la secuencia del ADN permanezca sin cambios. Los factores ambientales como la dieta, el estrés, los contaminantes y la radiación pueden alterar estos patrones de metilación, con posibles efectos transgeneracionales.
Más allá del ADN y las histonas, los ARN no codificantes (ARNnc), como los microARN y los pequeños ARN de interferencia (ARNip), interfieren con la transcripción y la traducción, afinando la expresión genética. Estos ncRNA sirven como una capa adicional de control epigenético.
Los cambios epigenéticos aberrantes pueden provocar enfermedades. Por ejemplo, la hipermetilación de genes supresores de tumores junto con la hipometilación de oncogenes puede provocar un crecimiento celular descontrolado. Un estudio histórico realizado en 1983 por Feinberg y Vogelstein demostró que los pacientes con cáncer colorrectal exhiben tales patrones de metilación. En el síndrome de X frágil, los fármacos que inhiben la proteína BRD4 hiperactiva, liberada cuando se silencia un gen regulador clave, han resultado ser terapéuticos prometedores.
Los mecanismos epigenéticos también influyen en el comportamiento. Un estudio de McGill de 1988 encontró que el cuidado materno en ratas modificaba la metilación del ADN en el cerebro de las crías, produciendo adultos más tranquilos. Los estudios en humanos sobre la exposición a la hambruna durante el embarazo en los Países Bajos (1944-1945) revelaron un mayor riesgo de obesidad y enfermedades cardíacas en la descendencia debido a la reducción de la metilación de los genes del factor de crecimiento. Otros efectos intergeneracionales incluyen:
La epigenética cierra la brecha entre nuestro código genético y el entorno dinámico que habitamos. Al modular la expresión genética mediante la metilación del ADN, la modificación de histonas y la interferencia del ARN, los procesos epigenéticos ayudan a explicar por qué genomas idénticos pueden producir fenotipos diversos y cómo las experiencias de los padres pueden influir en la salud y el comportamiento de sus descendientes.
