Epigenética y el interruptor de las células

El ácido desoxirribonucleico (ADN) es la molécula que almacena la información necesaria para que una célula se desarrolle en un organismo completo. Hoy en día es bien conocida la estructura del ADN, la cual está conformada por cuatro bases nitrogenadas: adenina (A), timina (T), citosina (C) y guanina (G). Pero un tema poco explorado es referente a cómo nuestras células utilizan interruptores que encienden o apagan la información contenida en el ADN, de manera similar al interruptor de la luz de nuestra casa. Estos interruptores de ADN son accionados dependiendo del tejido en donde están las células, sus necesidades y el ambiente que las rodea. A lo largo de nuestra vida estamos expuestos a factores externos, tales como la dieta, el estilo de vida y situaciones de estrés que pueden provocar que las células dejen de encender y apagar la información del ADN, lo que facilita la aparición y desarrollo de enfermedades complejas como el cáncer. La epigenética es una rama de la biología que estudia cómo funcionan estos interruptores. Además, se ha descubierto que estos interruptores están presentes en todos los organismos vivos y su correcto o incorrecto funcionamiento puede heredarse de generación en generación.

Todos los seres vivos contienen una gran diversidad de proteínas, que son como los bloques de LEGO de la vida, solo que estas proteínas dan lugar a tejidos como el cabello y la piel. Además, existen otras proteínas altamente especializadas, llamadas enzimas, que participan catalizando reacciones químicas esenciales para el funcionamiento de nuestro cuerpo. Las enzimas son fabricadas dentro de la célula. Para que las células puedan fabricar las diferentes proteínas que necesita nuestro cuerpo, necesitan instrucciones específicas, las cuales están almacenadas en el ADN. El ADN de cada célula de un ser humano mide aproximadamente 2 metros de largo, y si sumáramos los dos metros de cada célula que tenemos obtendríamos una longitud tan grande que nos permitiría estirar nuestro ADN desde la tierra hasta la luna, varias veces.

¿Entonces, cómo le hacen las células? Las células de organismos como los animales, plantas y humanos han evolucionado para guardar el ADN de manera organizada dentro del núcleo. Para lograrlo, la molécula de ADN se enrolla, como si fuera un hilo, alrededor de unas proteínas llamadas histonas, que funcionan como carretes. A este nuevo conjunto de ADN e histonas se le llama cromatina. A su vez, la cromatina se compacta formando los cromosomas, los cuales son estructuras condensadas de información genética, algo así como un archivo comprimido de un ordenador. Para que la maquinaria que construye las proteínas pueda leer los genes (fragmento de ADN), la cromatina debe compactarse (heterocromatina) o descompactarse de manera controlada (eucromatina).

Cada vez que una célula “lee” un gen para fabricar una proteína se dice que ese gen se está expresando. De manera interesante, se sabe que todas las células de nuestro cuerpo tienen los mismos genes, pero las células no expresan todos sus genes al mismo tiempo, sino que lo hacen dependiendo de sus necesidades del tejido que forman o la etapa de desarrollo del organismo al que pertenecen. Por ejemplo, en la etapa embrionaria de los humanos, las células necesitan “encender” muchos genes para lograr construir el nuevo ser vivo, una vez formados los órganos y extremidades, las células dejan de necesitar de estos genes y los mantienen apagados hasta requerirlos nuevamente. De esta manera, las células que forman el corazón solo expresan genes necesarios para fabricar proteínas que trabajan en el tejido cardíaco y las células que forman los pulmones, solo expresan genes necesarios para el correcto funcionamiento del tejido pulmonar.

Entonces, ¿cómo controlan las células qué genes se expresan o encienden en el momento adecuado? Las células utilizan interruptores químicos para regular cuando deben encender o apagar los genes contenidos en el ADN. Los interruptores de las células más estudiados son la modificación del ADN y las modificaciones en las histonas. Estos interruptores son pequeños compuestos químicos que se adhieren a la molécula de ADN o a las histonas. En el caso del ADN, el principal interruptor es la metilación (adición de un grupo metilo CH3). Se sabe que cuando se añaden grupos metilo al ADN, específicamente a la citocina, estos pueden provocar que los genes se apaguen; en cambio, cuando un gen está libre de grupos metilo tiene la capacidad de expresarse. Los interruptores funcionan debido a que cada uno de estos contribuye a que la cromatina (complejo ADN-histona) se mantenga en su estado compactado, evitando que se expresen genes o favoreciendo que la cromatina tome su estado relajado para favorecer la expresión de genes necesarios para el funcionamiento adecuado de la célula y el desarrollo del organismo.

Agradecimientos. Los autores agradecen al Dr. José Luis Andrade Torres por sus comentarios en la elaboración del presente artículo.