Cada individuo posee una información genética o genoma único que está presente en cada una de las células que componen el organismo. Esta información que alberga la molécula de ADN viene determinada por la secuencia específica de los nucleótidos. No obstante, la secuencia de ADN no es el único factor que puede determinar o modular la función y actividad de los genes. La expresión de los mismos está determinada por la epigenética.
En este artículo hablamos de la metilación del ADN, un importante mecanismo epigenético, y describimos cómo este mecanismo está alterado en las células cancerígenas. Por último, destacamos cómo las muestras de saliva son equiparables a las de sangre en los estudios de metilación del ADN.
La metilación del ADN como mecanismo epigenético
La epigenética hace referencia al conjunto de mecanismos que regulan la expresión genética sin modificar la secuencia de nucleótidos del ADN. Los mecanismos epigenéticos se subdividen en dos tipos:
1.- Aquellos que afectan a proteínas cromosómicas causando una alteración en la estructura del ADN o afectando a la interacción entre proteínas y ADN. Este mecanismo implica modificaciones post-translacionales en las histonas, regulando así el grado de empaquetamiento de la cromatina y por tanto la expresión génica.
2.- Aquellos mecanismos que implican una modificación química en la hebra de ADN. En este caso, la metilación del ADN es uno de los más estudiados y en el que ahondaremos en este artículo.
La metilación del ADN consiste en la adición enzimática de un grupo metilo en la citosina y generalmente se produce en las regiones genéticas en las que existe una gran concentración de dinucleótidos citosina y guanina (CpG). Tiene lugar en regiones reguladoras de genes y constituye un mecanismo de represión de la expresión génica. De esta forma, cuando un gen se expresa de forma exclusiva en un tipo celular concreto, es probable que dicho gen se encuentre metilado en el resto de tipos celulares. Por tanto, a pesar de que todas las células de un organismo contienen la misma secuencia de ADN, su patrón de metilación es diferente.
Además, a diferencia de la secuencia de ADN, la cual se hereda a partir de los gametos de los progenitores, las marcas de metilación en el ADN no se heredan de los gametos. Esto se debe a que una vez formado el cigoto tiene lugar un proceso de eliminación o borrado de la mayoría de estas marcas para establecerse posteriormente ´de novo´ un nuevo patrón de metilación. Este patrón sienta las bases para el desarrollo de los distintos órganos y tejidos y se genera de forma programada durante el desarrollo embrionario. Las marcas de metilación se mantienen tras la división celular, lo cual sirve como guía para facilitar el empaquetamiento del ADN en forma de cromatina y constituye un mecanismo de “memoria” molecular que alberga información acerca de los genes que han sido expresados o no en determinados tipos celulares.
Además de las metilaciones que ocurren en el desarrollo embrionario, a lo largo de la vida de un individuo también se producen de forma paulatina cambios en el patrón de metilación de su genoma. Estos cambios ocurren en todas las células de nuestro cuerpo, pero a diferente velocidad en cada tejido. Aunque es posible que factores ambientales, como la dieta y el estilo de vida, puedan influir en estos cambios epigenéticos, aún no conocemos en gran detalle los mecanismos subyacentes ni el impacto que tiene cada factor en la expresión génica.
Metilación y cáncer
Las células cancerígenas se caracterizan, entre otras cosas, por poseer un patrón de metilación distinto al observado en tejido sano. Se distinguen predominantemente dos tipos de alteraciones.
· Las regiones del genoma que generalmente no están metiladas, como las islas CpG, se observan modificadas en células cancerígenas.
· Las células cancerígenas se caracterizan por presentar un alto grado de desmetilación en regiones asociadas a la lámina nuclear.
Dado que muchas mutaciones presentes en células cancerígenas afectan a genes implicados en la regulación epigenética, esto también podría contribuir al fenotipo observado. Cabe destacar que algunos de estas modificaciones también se han observado en tejidos sanos que proceden de individuos de edad avanzada. Por este motivo, es posible que tanto los cambios de metilación asociados a la edad como aquellos asociados al cáncer compartan mecanismos comunes.
A pesar de que con la tecnología actual somos capaces de detectar estos cambios en el epigenoma, el reto actual se centra en poder distinguir cuales de ellos tienen un efecto en el proceso del desarrollo del cáncer, frente a aquellos que son consecuencia del mismo. Es decir, identificar qué alteraciones en el patrón de metilación resultan en la inactivación o activación de un gen en particular y como consecuencia de ello contribuyen al proceso de transformación celular o progresión del cáncer. En este sentido, es posible que muchos de los cambios observados, no jueguen un papel importante. No obstante, es de esperar que aquellos genes que participan en rutas de señalización relacionadas con las “señas de identidad del cáncer” (hallmarks of cancer) estén implicados. Esto es, genes asociados al control de la proliferación celular, del sistema inmune o de la muerte celular, entre otros.
Se ha observado que el gen Ripk3 se encuentra silenciado en varios tipos de cáncer y presenta marcas de metilación cerca del punto de inicio de la transcripción. Este gen es necesario para inducir la necroptosis, un tipo de muerte celular. Al suprimir su expresión, las células cancerígenas son resistentes a este tipo de muerte. Utilizando agentes desmetilantes con el fin de eliminar las metilaciones presentes en Ripk3 se ha conseguido reestablecer su expresión haciendo que las células cancerígenas se vuelvan susceptibles a desencadenar la necroptosis. En este caso, se sabe que los cambios en la expresión de Ripk3 surgen durante el desarrollo del tumor a consecuencia de la expresión de oncogenes como Braf o Axl, pero el mecanismo que relaciona dichos oncogenes y la regulación de la expresión de Ripk3 está aún por elucidar.
Cabe destacar que mientras en algunos tipos de cáncer, la desmetilación parece ser una estrategia terapéutica eficaz, en otros tipos de cáncer el efecto conseguido es el opuesto. Inhibiendo la metilación del ADN en un modelo de cáncer de intestino en ratón se ha conseguido reducir de forma significativa el número de adenomas. Los resultados también han sido prometedores en modelos de cáncer de pulmón y de mama. Sin embargo, en el caso de determinadas leucemias, la inhibición de la metilación resultó en la aceleración de la enfermedad.
Conocer los cambios epigenéticos que ocurren en el cáncer no es interesante únicamente desde un punto de vista terapéutico, sino también desde el punto de vista de diagnóstico. Los estudios de metilación del ADN se pueden realizar tanto en biopsias de tejidos, como en biopsias líquidas (sangre, orina, esputo…). Estas últimas, pueden contener moléculas asociadas a procesos cancerígenos, inflamación y muerte celular, así como células tumorales circulantes (CTC). Al obtenerse de forma no invasiva, son extremadamente útiles en aquellos casos en los que no se puede obtener una biopsia del tejido tumoral y también como forma de monitorización de la evolución de la enfermedad. La identificación de biomarcadores epigenéticos en cáncer ha ido en aumento en los últimos años y con ello el desarrollo de test de diagnóstico in vitro (IVD). Existen en la actualidad varios test que utilizan biopsias líquidas y biomarcadores epigenéticos para la detección del cáncer. Su principal limitación es que al basarse en la detección de ADN procedente de las células tumorales (ctDNA) presentan una baja sensibilidad para detectar aquellos tumores se encuentran es estadios tempranos. Esto es debido a que los niveles de ctDNA suelen aumentar con el desarrollo del tumor. El desarrollo de test con una mayor sensibilidad y especificidad será clave para solventar esta cuestión.
Estudios de metilación del ADN: Sangre versus saliva
Tradicionalmente los estudios epigenéticos han utilizado muestras de sangre, en vez de saliva. Sin embargo, el desarrollo de dispositivos que permiten recoger de forma sencilla y sin personal sanitario las muestras de saliva y estabilizar el ADN del donante, suponen una ventaja tanto para el donante como para el investigador.
Con el fin de comprobar la utilidad de las muestras de saliva para detectar patrones de metilación en el ADN, Murata el at., han llevado a cabo un estudio comparando muestras de sangre y saliva procedentes de un mismo donante. Los resultados indican que existe una alta correlación entre los patrones de metilación observados en el ADN procedente de ambas muestras. Por otro lado, también investigaron la metilación en ciertas regiones CpG en la que se había observado, a partir de muestras de sangre, que existen diferencias a nivel individual. Los investigadores vieron que dichas diferencias propias de cada individuo pueden ser también identificadas en muestras de saliva.
Por tanto, la obtención de ADN a partir de muestras de saliva no sólo es comparable a la sangre para su uso en estudios genéticos, sino también para el estudio del epigenoma, y en particular, de la metilación del ADN.
Referencias
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