Regulación de la expresión génica: cómo operan los mecanismos epigenéticos

Abstract

Arch Argent Pediatr 2012;110(2):132-136 / 132 RESUMEN El fenotipo de cada célula no sólo depende de la secuencia de nucleótidos del ácido desoxirribonucleico (ADN), sino que está determinado por los genes que son expresados y aquellos que no lo son. Una forma de regular este patrón de expresión génica es modificar la estructura de la cromatina a través de diversos mecanismos epigenéticos. En el presente artículo se revisan los mecanismos epigenéticos más importantes: metilación del ADN, modificación post-traduccional de las histonas, silenciamiento génico mediado por ácidos ribonucleicos no codificantes, remodelado de cromatina dependiente de adenosín trifosfato y proteínas del grupo Polycomb y Trithorax. Palabras clave: epigenética, mecanismos epigenéti-cos, regulación génica, expresión génica. SUMMARYCell phenotype does not only depend on the nucleotide sequence, but is determined by those genes that are expressed and those that are not. One way to regulate this gene expression pattern is by modifying the chromatin structure via diverse epigenetic mechanisms. In the present article we present the most important epigenetic mechanisms: deoxyribonucleic acid methylation, histone post-translational modifications, noncoding ribonucleic acid mediated gene-silencing, ATP-dependent chromatin remodeling, and Polycomb and Trithorax group proteins. INTRODUCCIÓNEn líneas generales, todas las célu-las somáticas del organismo presentan la misma carga genética. Por otra parte, los diferentes tipos celulares expresan proteínas distintas y tienen diferentes fenotipos. De esto se desprende que el fenotipo celular no depende solamente de la secuencia del ácido desoxirribonucleico (ADN) presente en su genoma, sino que está determinado por los diferentes grados de expresión de estos genes dentro de cada célula. En otras palabras, un mismo ADN puede ser utilizado de diferente forma en distintos tipos celulares (expresión selectiva de genes).Existen varios niveles de regulación de la expresión génica. El más común se da a nivel de la síntesis de ácido ribonucleico (ARN) a partir de ADN (transcripción), aunque también existe una regulación a nivel posttranscripcional (corte y empalme), traduccional (síntesis de proteínas a partir de un ARN mensajero) y posttraduccional (modificaciones post-traduccionales). Pero sin lugar a dudas, la forma de regular la expresión géni-ca que ha revolucionado el modo de interpretar la relación de los genes con el medio ambiente, está a cargo de los distintos mecanismos epigenéticos.Existen muchas formas de definir a la epigenética. Una de las más actuales la considera el estudio de los cambios heredables en la expresión de los genes, que no pueden ser atribuidos a cambios en la secuencia del ADN. 1,2Hasta el momento, se han identificado más de veinte mecanismos epigenéticos, 3 los cuales juegan un rol importantísimo en la regulación de la transcripción y, por lo tanto, en la expresión génica. Estos mecanismos incluyen la metilación del ADN, las modificaciones post-traduccionales de las histonas, el si...

The pharmacoepigenetic paradigm in cancer treatment

“…Epigenetic regulation encompasses several molecular mechanisms that operate at different biological scales, notably the post-translational modifications of histones, which are central to the regulation of gene expression ( Table 1 ) ( Mohtat and Susztak, 2010 ; Bell and Spector, 2011 ). These modifications include, but are not limited to, acetylation, methylation, ubiquitination, and phosphorylation, each carrying distinct regulatory functions ( Cao et al, 2005 ; Glozak et al, 2005 ; Cavagnari, 2012 ). DNA-level modifications, such as DNA methylation and ATP-dependent chromatin remodeling, also play pivotal roles in altering chromatin architecture, thereby influencing gene accessibility and expression.…”

“…Such modifications can lead to chromatin compaction and gene silencing or chromatin relaxation, enhancing transcriptional activity ( Zhao and Shilatifard, 2019 ). The specificity of these modifications, including their type and location, underlines the intricate control of gene expression and phenotypic outcomes ( Cavagnari, 2012 ).…”

“…The interplay between histone modifications and chromatin structure is further complicated by cis and trans effects, with cis effects modifying chromatin at the level of internucleosomal contacts, and trans effects arising from the association of various proteins with the chromatin ( Esteller, 2007 ; Talbert and Henikoff, 2010 ; Cavagnari, 2012 ; Greer and Shi, 2012 ). This complexity is augmented by the enzymatic systems responsible for adding or removing histone PTMs, which also target non-histone proteins, thereby extending the scope of epigenetic regulation ( Shi, 2007 ; Voigt et al, 2013 ).…”

How Epigenetics Contributes to the Understanding of Human Development

“…Cavagnari 2012 en su artículo señala que en general todas las células somáticas del organismo poseen la misma carga genética, los diferentes tipos celulares expresan proteínas diferentes que las hacen especializarse en sus diferentes tejidos y por lo tanto tienen diferentes fenotipos. De esta premisa se crea el concepto de que el fenotipo celular está determinado por la carga genética, sino que interfieren diferentes grados de expresión de estos genes en cada célula [13]. Esto puede explicar, según Velázquez 2009, Juvenal 2014 y Cahuana et al 2019 como individuos con constitución genómica idéntica, en los casos de gemelos homocigotos, presentan diferentes fenotipos y como alguno de ellos puede presentar ciertas enfermedades que el otro no en relación con el ambiente en que se desarrollen, ya que en algún momento estarán expuestos a condiciones diferentes de vida [1,10,14].…”

Identificación y caracterización de eventos de lectura de codones de parada a nivel genómico en <i>Drosophila melanogaster</i>

“…Regulación por microARN: Existe una clase de pequeños ARN reguladores, los micro-ARNs (miARNs), que puede controlar la cantidad de ARN maduro mediante su silenciamiento o degradación (Sonenberg y Hinnebusch, 2009;Cavagnari, 2012). Además, están implicados en la regulación de varios procesos biológicos como la diferenciación celular, la proliferación, la apoptosis y el desarrollo embrionario y tisular (Ambros, 2004).…”