Rev Invest Clín 2004; Vol. 56(1):56-71
ARTÍCULO DE REVISIÓN

 

Metilación del ADN: un fenómeno epigenético de importancia médica

DNA methylation:
an epigenetic process of medical importance

Mauricio Rodríguez Dorantes
Nelly Téllez Ascencio
Marco A. Cerbón
Departamento de Biología, Facultad de Química, UNAM.
Marisol López
Sistemas Biológicos, Universidad Autónoma Metropolitána Xochimilco.
Alicia Cervantes
Servicio de Genética, Hospital General de México, Facultad de Medicina, UNAM.

 

Reimpresos:

Dr. Marco A. Cerbón
Departamento de Biología
Facultad de Quimica, UNAM
Circuito interior
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Recibido el 5 de mayo de 2003.
Aceptado el 25 de septiembre de 2003.

ABSTRACT

Methylation of CpG dinucleotides is an epigenetic mechanism involved in the regulation of gene expression in mammals. The patterns of CpG methylation are specie and tissue specific. The biological machinery of this system comprises a variety of regulatory proteins including DNA methyltransferases, putative demethylases, methyl-CpG binding proteins, histones modifying enzymes and chromatin remodeling complexes. DNA methylation maintains gene silencing and participates in normal development, genomic imprinting and X chromosome inactivation. In contrast, alterations in DNA methylation participate in the induction of some human diseases, especially those involving developmental defects and tumorigenesis. This review summarizes the molecular aspects of DNA methylation and its implications in cancer and other human diseases in which this epigenetic mechanism has been involved. Our understanding of the epigenetic changes that occur in human diseases will be very important for future management. Changes in the patterns of methylation can be used as markers in cancer and their potentially reversible state creates a target for therapeutic strategies involving specific gene re-activation or re-silencing.

 

Key words. DNA methylation. Epigenetics. Histone modifications. Genomic imprinting. Cancer.

 

RESUMEN

La metilación del ADN en dinucleótidos CpG es uno de los mecanismos epigenéticos implicados en la regulación de la expresión génica en mamíferos. Los patrones de metilación son específicos para cada especie y tipo de tejido. La maquinaria implicada comprende diferentes proteínas reguladoras incluyendo a las ADN metiltransferasas, desmetilasas putativas, proteínas de unión a CpG metilados, enzimas modificadoras de histonas y complejos remodeladores de la cromatina. La metilación del ADN es de vital importancia para mantener el silenciamiento génico en el desarrollo normal, la impronta genómica y la inactivación del cromosoma X. En contraste, alteraciones en ella están implicadas en algunas enfermedades humanas, especialmente aquéllas relacionadas con defectos en el desarrollo y el proceso neoplásico. Esta revisión resume los aspectos moleculares de la metilación del ADN y su participación en el desarrollo normal, el cáncer y en algunas patologías humanas en las que los mecanismos epigenéticos han sido implicados. El conocimiento de las modificaciones epigenéticas que ocurren en las enfermedades humanas será importante para su manejo futuro. Los cambios en los patrones de metilación podrán ser empleados como marcadores en cáncer y el estado potencialmente reversible de este proceso constituye un blanco ideal para crear estrategias terapéuticas que impliquen la reactivación o el re-silenciamiento de genes específicos.

 

Palabras clave. Metilación del ADN. Epigenética. Modificaciones de histonas. Impronta genómica. Cáncer.

 

INTRODUCCIÓN

En los últimos años el Proyecto del Genoma Humano ha tenido un gran avance, lo que resultó en la publicación del primer borrador de su secuencia hace dos años. ^1,2 Sin embargo, aún queda por dilucidar la estructura y funcionamiento de la mayoría de los genes que lo constituyen. Las células somáticas de un organismo multicelular tienen básicamente la misma información genética, no obstante, cada uno de los tipos celulares que forman parte del organismo tiene una estructura y función características. Esto se debe a la expresión diferencial del genoma, la cual es regulada principalmente por mecanismos epigenéticos.

El término epigenética ha sido definido como "los cambios heredables en la expresión génica que ocurren sin una alteración en la secuencia de nucleótidos del ADN." ³ Así, un mecanismo epigenético puede ser entendido como un sistema complejo para utilizar selectivamente la información genética, activando y desactivando diversos genes funcionales. Las modificaciones epigenéticas pueden implicar la metilación de residuos de citosina en el ADN y/o cambios en la estructura de la cromatina que regulan la expresión génica. ⁴

La metilación del ADN se ha observado en diversas especies de bacterias, algunos hongos, plantas y organismos superiores. En las bacterias, la metilación es parte de un mecanismo de defensa para reducir la cantidad de transferencia génica horizontal entre las especies. ⁵ Inicialmente no se había detectado metilación del ADN en Drosophila melanogaster , sin embargo, se ha demostrado un nivel bajo de metilación en estadios tempranos del desarrollo.⁶ En contraste, en Saccharomyces cerevisiae y Schizosaccharomyces pombe aparentemente no se presenta este fenómeno.⁵

En los mamíferos, la metilación del ADN y su significado funcional es un área activa de investigación. Este proceso afecta las interacciones ADN-proteína, puede alterar la estructura y replicación del ADN, la expresión de los genes y la diferenciación celular, la latencia de virus celulares, y la inactivación transcripcional de elementos genéticos móviles, además de aumentar el riesgo de mutaciones espontáneas; lo que hace de este tema un tópico de gran relevancia médica. Esta revisión se centra en describir los mecanismos generales de la metilación del ADN y su relación con diferentes patologías en el humano, en particular con el proceso neoplásico (Figura 1).

 

METILACIÓN DEL ADN EN MAMÍFEROS

En el genoma de los vertebrados la única modificación epigenética en la molécula del ADN se produce por la adición enzimática de un grupo metilo al carbono 5 de la citosina. La mayoría de las 5-metilcitosinas (5mC) en el ADN de mamíferos están presentes en los dinucleótidos -CpG-35' y en la cadena complementaria en el dinucleótido 35'-GpC-55'. También pueden estar metiladas secuencias no CpG como 55'- CpNpG-35' o no simétricas como 55'-CpA-35' y 55'-CpT-35', pero con menor frecuencia.^7,8

En las células somáticas humanas, la 5mC constituye 1% del total de las bases del ADN y afecta un alto porcentaje de todos los dinucleótidos CpG en el genoma. La presencia de la 5mC produce un cambio conformacional en la doble cadena del ADN, lo cual+ podría actuar como una señal específica para otras moléculas que intervienen en la regulación de la expresión génica. El estado de metilación de los residuos de citosina le puede conferir una variación espacial y temporal a la estructura de la cromatina, habiéndose demostrado que generalmente existe una correlación inversa entre los niveles de metilación del ADN y la expresión génica.⁹

Los dinucleótidos CpG no están distribuidos uniformemente en el genoma humano. En 98% del genoma, los CpG están presentes en promedio una vez por cada 80 dinucleótidos, existiendo regiones de 200 pb a varias kilobases que tienen una frecuencia cinco veces mayor de dinucleótidos CpG (> 60% de CG), denominadas "islas CpG". Aproximadamente 60 a 90% de todas las secuencias CpG dispersas en el genoma están metiladas, mientras que las correspondientes a las islas CpG localizadas en la mayoría de los genes de mantenimiento celular no lo están. En general, las islas CpG se localizan entre la región central del promotor y el sitio de inicio de la transcripción, observándose represión en la expresión del gen cuando se encuentran hipermetiladas.^9-11

El análisis computacional de la secuencia del genoma humano predice cerca de 29,000 islas CpG ^1,2 y se ha demostrado que la gran mayoría no están metiladas en todos los estados del desarrollo ni en todos los tipos de tejidos. Esto es válido aun para las islas CpG que están localizadas en muchos de los genes que tienen un patrón de expresión tejido específico, tal es el caso de los genes que codifican para las cadenas α de la hemoglobina ¹² y para las cadenas α- 2 de la colágena tipo 1 ¹³ y poseen islas CpG que se mantienen desmetiladas en todos los tejidos estudiados. Sin embargo, una proporción pequeña, pero significativa, de estas islas CpG puede mantenerse libre de metilación sólo hasta el momento en que el gen asociado es silenciado durante el desarrollo embrionario. Esto ocurre, particularmente, en algunos de los genes improntados y en los localizados en el cromosoma X inactivo de las mujeres. ^4,9

 

Establecimiento de los patrones de metilación

Un prerrequisito para entender las funciones de la metilación del ADN es conocer la existencia de patrones heredables del estado de metilación en el genoma de los mamíferos. Los patrones de metilación en las células somáticas son generalmente estables y heredables, sin embargo, son reprogramados ampliamente en las células germinales y durante el desarrollo embrionario temprano, siendo la metilación de novo particularmente activa en estos estadios. ¹⁴ En general, el genoma de las células germinales femeninas se encuentra menos metilado que el de las masculinas. El patrón de metilación de los gametos es borrado por una desmetilación generalizada cerca del estadio 8 células. A partir de entonces, la metilación del ADN adquiere patrones específicos durante el desarrollo embrionario y se establece el patrón de metilación de las células somáticas. ^9,15 Se ha sugerido que los patrones de metilación de las islas CpG pueden servir para compartamentalizar al genoma en zonas transcripcionalmente activas e inactivas. ⁴

La metilación de novo también puede ocurrir en las células somáticas adultas, un número significativo de islas CpG son susceptibles de metilación progresiva en ciertos tejidos durante el proceso de envejecimiento o en los procesos neoplásicos. Sin embargo, la velocidad con que ocurren estos cambios parece ser muy lenta. ^9,16 Recientemente se ha observado que existen patrones de metilación anormales en muchos tipos de cáncer, los cuales conducen principalmente a la inactivación de genes supresores de tumores y a la inestabilidad del genoma. ¹⁷

Una gran interrogante ha sido cómo se generan los patrones de ADN metilado y desmetilado durante el desarrollo y cómo se mantienen en las células diferenciadas. Estos procesos parecen ser el resultado de la acción combinada de enzimas que se encargan de metilar y de mantener los patrones de metilación, llamadas metiltransferasas de novo y de mantenimiento, respectivamente. ¹⁸

Diferentes líneas de investigación sugieren que los patrones de metilación del ADN son vitales para el desarrollo normal de los vertebrados. Esto ha sido demostrado en ratones transgénicos homocigotos para mutaciones en alguno de los genes que codifican para las ADN metiltransferasas, los cuales mueren durante el desarrollo embrionario. El nivel de metilación de células pluripotenciales embrionarias en estos animales comparado con el de células normales y de animales heterocigotos se redujo alrededor de un tercio con respecto a lo observado en los heterocigotos o en las células de embriones normales. Aunque no se observaron diferencias en el fenotipo de las células pluripotenciales embrionarias homocigotas en cultivo, los embriones homocigotos mostraron atrofia severa, retardo en el desarrollo y muerte a mitad de la gestación. ^19,20

 

Maquinaria celular de la metilación y desmetilación del ADN

La metilación del ADN es un proceso dinámico eficientemente regulado, las secuencias no metiladas pueden ser metiladas y los grupos metilo pueden perderse, por lo que los patrones de metilación de las células somáticas son el resultado de ambas actividades, metilación y desmetilación.

La reacción de metilación del ADN es catalizada por las ADN metiltransferasas e involucra la transferencia del grupo metilo de la S adenosil- L-metionina al carbono 5 de la citosina.²¹ En células de mamífero se han identificado tres enzimas diferentes que llevan a cabo esta reacción y se han clasificado en dos grupos: las ADN metiltransferasas de mantenimiento (DNMT1) y las metilasas de novo (DNMT3A y DNMT3B).^18,20

La acción de las ADN metiltransferasas de mantenimiento ocasiona que el ADN sea metilado al inicio de la replicación. Sólo la cadena nueva es metilada, y por esta razón los patrones son heredados de una manera semiconservativa y pueden ser perpetuados en la población celular. En el ratón, la DNMT1 tiene una preferencia de cinco a 30 veces mayor por sustratos hemimetilados, por lo que se le asignó una función en el mantenimiento de los patrones de metilación. ²² Esta enzima se expresa de forma ubicua en los tejidos somáticos y su principal actividad se observa durante la replicación del ADN, interactuando con el antígeno nuclear de proliferación celular (PCNA), la proteína que ancla a la ADN polimerasa en la horquilla de replicación. ²³ Sin embargo, existen evidencias de que la Dnmt1 también está implicada en ciertos tipos de metilación de novo , siendo específica para el dinucleótido CpG. Además, la Dnmt1 interacciona con complejos proteicos implicados en la represión transcripcional que incluyen a las desacetilasas de histonas (HDAC). ^8,18,24

En el humano, las ADN metiltransferasas con actividad de novo , DNMT3A y DNMT3B, adicionan un grupo metilo a la citosina del dinucleótido CpG no metilado, creando un nuevo CpG altamente hemimetilado. ²⁰ Las DNMT3A y DNMT3B murinas están poco relacionadas con la familia de la DNMT1. ¹⁸ Las DNMT3A y DNMT3B, al igual que la DNMT1, también reclutan a las HDAC para silenciar genes, utilizando un motivo de unión homólogo al homeodominio de plantas (PHD), que es un arreglo conservado de residuos de cisteína e histidina observado en diferentes proteínas implicadas en la regulación transcripcional. ²⁴ Al parecer, las actividades de las metiltransferasas de novo no se sobreponen durante el desarrollo embrionario del ratón y la DNMT3B metila específicamente las secuencias satélites centroméricas, ²⁰ tal como ha sido sugerido por los datos encontrados en los pacientes con síndrome ICF (inmunodeficiencia, inestabilidad centromérica y anomalías faciales) debido a mutaciones en el gen DNMT3B. ²⁵

Adicionalmente, existe un tercer miembro de la familia DNMT3, denominado DNMT3L, el cual se cree que no codifica para una metiltransferasa funcional dada la pérdida de diferentes motivos conservados del dominio catalético de la enzima. Sin embargo, DNMT3L contiene el motivo conservado PHD a través del cual se asocia con la desacetilasa de histonas 1 (HDAC1) para reprimir la transcripción. Se ha postulado que la DNMT3L podría tener un papel en la regulación del establecimiento de la metilación en la impronta genómica, y que la asociación con las HDAC podría ser relevante para su funcionamiento. ^18,24

Se ha sugerido que las DNMT no sólo ejercen su función en la represión transcripcional metilando al DNA, sino que su interacción con las HDAC es independiente de la actividad de metiltransferasas. Por otra parte, las DNMT parecen ser dirigidas a regiones específicas del genoma a través de interacciones proteína-proteína, su asociación con factores de transcripción específicos, proteínas de unión a histonas metiladas o a correpresores como el complejo RB/E2F parecen ser importantes para que su actividad de ADN metiltransferasas participe en la represión transcripcional. ^24,26,27

Aunque los mecanismos responsables de la desmetilación aún no han sido completamente dilucidados, se han propuesto dos posibles procesos para remover los grupos metilo del ADN. Un mecanismo es pasivo y resulta de la ausencia de metilación de mantenimiento durante varios ciclos de replicación del ADN. El segundo mecanismo sugiere la existencia de un proceso activo de desmetilación, aun cuando existe controversia sobre las características de esta actividad. Se ha reportado que una proteína de unión a ADN metilado (MBD2b) tiene actividad de desmetilasa, ²⁸ sin embargo, este resultado aún no ha podido ser reproducido por otros investigadores. ^9,29,30 Por otro lado, se ha propuesto que la desmetilación activa sea el resultado de un proceso de reparación del ADN, sugiriéndose que una 5-metilcitosina ADN glicosilasa realice esta actividad. ³¹

Existen evidencias a favor de que ocurren ambos tipos de desmetilación. Un proceso activo se observa predominantemente durante la desmetilación del genoma paterno en el zigoto, mientras que los cromosomas de origen materno son desmetilados pasivamente en estados de división posteriores. ^15,16,32 Diferentes observaciones apoyan la idea de que los patrones de metilación son mantenidos no sólo por un balance dinámico de actividades de metilación y desmetilación del ADN, sino también por el estado local de acetilación y metilación de las histonas. ^{9, 29,30,33}

 

Funciones de la metilación

La metilación del ADN constituye un marcador epigenético que identifica la cadena molde durante la replicación del ADN y el origen parental de regiones improntadas, regula a los transposones, la impronta genómica y la expresión génica. ^8,9,15,17 Generalmente la metilación en elementos reguladores de los genes tales como promotores, pontenciadores, aislantes y represores suprime su función. ^3,4,17 La metilación en regiones no codificantes, como la heterocromatina centromérica, parece ser crucial para mantener la conformación e integridad de los cromosomas. ^4,9 También se ha sugerido que la metilación constituya un mecanismo de defensa del genoma contra elementos genéticos móviles. ^9,34

 

Represión transcripcional

Se han propuesto dos mecanismos por los cuales la metilación bloquea la transcripción. La 5mC inhibe la unión de ciertos factores de transcripción que contienen secuencias CpG en sus sitios de reconocimiento. Por ejemplo, modifica las actividades de unión de factores de transcripción como: E2F, CREB, AP2, cMyc/ Myn y NFkB; ^4,35,36 aunque otros como SP1 no son inhibidos. ³⁷ El otro mecanismo es más general e involucra proteínas o complejos proteicos que se unen específicamente a CpG metilados y bloquean indirectamente la unión de los factores de transcripción al limitar su acceso a los elementos reguladores. Estas proteínas contienen dominios conservados de unión a ADN metilado (MBD, methyl binding domain ) ^38,39 y el primer miembro de la familia identificado fue la proteína MeCP2. ^39,40 Posteriormente se caracterizaron otras cuatro proteínas con MBD conservados, MBD1, MBD2, MBD3, implicadas al igual que MeCP2 en la represión transcripcional, ^11,41,42 y MBD4 que muestra actividad de ADN glicosilasa y remueve timinas de sitios T-G mal apareados. ⁴³

Además del dominio MBD, MeCP2 es una proteína que contiene un dominio de represión transcripcional (TRD, Transcriptional Represión Domain ), ⁴⁴ y está codificada por un gen localizado en el cromosoma X que se encuentra mutado en pacientes con síndrome de Rett. ⁴⁵ La proteína MBD2 es parte de un complejo llamado MeCP1 que muestra baja afinidad por el ADN metilado, lo que sugiere que tiene una función de represión transitoria. ¹¹ Existen dos isoformas, MBD2a y MBD2b, dependiendo del sitio de inicio de la traducción del gen. ⁴¹ De manera interesante, la isoforma MBD2b no ha sido observada in vivo, aun cuando se ha postulado que tiene actividad de desmetilasa. ⁴⁶ La proteína MBD3 tiene una alta homología con MBD2, aun fuera del dominio de unión a ADN metilado y forma un complejo proteico diferente al de MBD2. ^41,42

Las proteínas MBD median la interacción entre el ADN metilado y los componentes de la cromatina debido a que son capaces de reclutar complejos represores que incluyen a las desacetilasas de histonas ^41,42,47,48 (Figura 2). Las HDAC remueven grupos acetilo de los residuos de lisina de las histonas H3 y H4 y parecería que la carga positiva resultante facilita la condensación de la cromatina y limita el acceso de los factores de transcripción a los promotores localizados cercanamente. ^48,49

 

Modificaciones en la estructura de la cromatina

El ADN nuclear está asociado con un complejo multiproteico formando la cromatina. El nucleosoma es la unidad estructural fundamental y consiste del ADN genómico enrollado sobre un octámero de histonas, formado por un tetrámero de H3/H4 y dos dímeros de H2A y H2B, más una molécula de la histona H1 que participa en la formación de estructuras de orden superior. En los organismos eucariontes la actividad transcripcional es generalmente impedida por el empaquetamiento nucleosomal. Activadores y represores tienen influencia sobre la expresión de los genes por reclutamiento de los complejos remodeladores de la cromatina en las regiones promotoras. Grandes segmentos del genoma y primariamente secuencias repetidas, son empaquetadas e inactivadas permanentemente en forma de heterocromatina. El estado silente puede persistir a través de las divisiones celulares meióticas y mitóticas, indicando que la estructura de la cromatina es heredada durante el proceso de replicación. Por el contrario, los genes transcripcionalmente activos generalmente se encuentran en regiones de cromatina con una estructura menos compacta o relajada, la eucromatina. ^4,50,51

Las modificaciones epigenéticas que influyen sobre los cambios en la estructura de la cromatina incluyen la metilación del ADN y la acetilación, metilación, fosforilación, ubiquitinación y ADP ribosilación de las histonas. Tomando en cuenta el gran número de sitios de modificación postraduccional para cada una de las cuatro histonas centrales del nucleosoma, es posible obtener un número casi ilimitado de diferentes nucleosomas modificados. Las alteraciones en la estructura de la cromatina, a través de la modificación postraduccional de las histonas tiene consecuencias directas sobre la regulación de la expresión génica. Se ha sugerido que el patrón de modificaciones en las histonas actúa como un código (el código de las histonas), dictando las interacciones nucleosomales y la asociación con otras proteínas cromosómicas o no histónicas que promueven el empaquetamiento y la regulación de la expresión del genoma. ^51-53

Principalmente, las modificaciones en los extremos amino terminal de las histonas H3 y H4 tienen una función importante en la producción de los cambios estructurales en la cromatina que regulan la actividad génica. ^4,51,53 La hipoacetilación de las histonas H3 y H4 es característica en regiones del genoma transcripcionalmente inactivas. El estado de acetilación de las histonas es regulado por la actividad de la acetilasas de histonas (HAT) y de las HDAC. ^49,51-53 La acetilación de las histonas H3 y H4 normalmente incrementa la expresión de genes promoviendo una estructura abierta de la cromatina. Co-activadores transcripcionales como p300 y PCAF funcionan como HAT. ⁵⁴ De la misma forma las HDAC contribuyen a la formación de complejos correpresores transcripcionales como los complejos, Sin3 y Mi-2/NuRD que participan en el remodelamiento de la cromatina cambiando la posición de los nucleosomas y restringiendo el acceso de los factores de transcripción a los promotores (Figura 2). ^{4,11,44,48,55} Los residuos de lisina K4 y K9 de H3, además de acetilados, pueden ser metilados. La metilación en K4 y acetilación en K9 se encuentran en cromatina activa, ⁵⁶ mientras que la metilación en K9 se correlaciona con el silenciamiento de genes ^.51,57,58 Recientemente se demostró en levaduras ( Neurospora crassa ) ⁵⁹ y plantas ( Arabidopsis thaliana ), ⁶⁰ que la metilación en K9 de H3 es requerida para la metilación del ADN en la represión génica y en el establecimiento del estado heterocromático. ^51,57,60 Parecería que este fenómeno también ocurre en los mamíferos, tal como ha sido observado en el proceso de inactivación del cromosoma X ⁶¹ y en el establecimiento de los patrones de metilación de algunos genes improntados. ⁶²

Estos nuevos datos han llevado a proponer que la metilación del ADN no es el mecanismo que inicia el silenciamiento génico, sino que realmente constituye un cerrojo para mantenerlo. Estudios recientes han permitido demostrar que el mantenimiento del estado epigenético de silenciamiento y las modificaciones de las histonas asociadas con él son dependientes de la metilación del ADN. El bloqueo farmacológico de la metilación del ADN o la ausencia de actividades de DNMT lleva a cambios en el código de las histonas, sugiriéndose que al no poderse unir las proteínas MBD y no reclutar a las HDAC, habría acción de las HAT. Estos estudios también demostraron que en ausencia de metilación del ADN se produce la metilación en K9 de H3 y el silenciamiento de genes supresores de tumores, tal como ocurre durante la inactivación del cromosoma X. ^63-65

 

Inactivación del cromosoma X

La inactivación de uno de los cromosomas X en las hembras de mamíferos, para compensar la dosis génica en relación con el sexo masculino, constituye un ejemplo de cómo la metilación del ADN puede mantener apagado transcripcionalmente casi todo un cromosoma. ⁶⁶ El proceso de inactivación se produce al azar, inactivándose el X paterno o el materno durante el estado de blastocisto y la progenie celular mantiene el mismo cromosoma X inactivo, es decir, la inactivación es clonal. Las islas CpG localizadas en los promotores de la mayoría de los genes del cromosoma X inactivo, incluyendo las de genes de mantenimiento como HPRT, G6PD y PGK1, se encuentran metiladas. ⁶⁷ Sin embargo, recientemente se ha demostrado que en muchos de estos genes el silenciamiento transcripcional precede a la metilación, ⁶⁸ por lo que parecería que ésta es responsable de mantener el estado inactivo más que de iniciarlo. El proceso de inactivación se inicia con la expresión del gen XIST ( X inactive specific transcript ), localizado en el centro de inactivación del cromosoma X (XIC, X inactivation center) en Xq13. ⁶⁹ Este gen se encuentra desmetilado en el cromosoma X inactivo y metilado en el cromosoma activo. ⁶⁶ En las células totipotenciales de ratón en que se han eliminado ambas copias del gen Dnmt1 se observa la expresión del gen XIST, normalmente inactivo en el cromosoma X de los machos. ⁷⁰ El producto del gen XIST es un ARN que envuelve en cis un cromosoma X y desencadena una serie de eventos que conducen a la inactivación. ⁷² El primero de ellos es la metilación en K9 de la histona H3, ⁶¹ conforme se acumulan los transcritos de XIST se observa la represión transcripcional de los genes ligados al cromosoma X, ^61,68,72 posteriormente existe una hipoacetilación global de la histona H4 ⁷³ y la incorporación de la macro histona H2A en los nucleosomas; ⁷⁴ siendo la metilación de las islas CpG el evento final. ^68,72 Al parecer, el estado de metilación del cromosoma X inactivo es mantenido durante su replicación por ambos tipos de ADN metiltransferasas (DNMT1 y DNMT3). ⁷² En las hembras de ratón, en el centro de inactivación existe otro gen, Tsix un gen antisentido a XIST, que parecería ser el responsable de regular el proceso de inactivación y de definir que cromosoma X será inactivado. ⁷⁵

 

IMPRONTA GENÓMICA

La impronta se ha definido como el marcaje epigenético del genoma de un organismo diploide con respecto a su origen parental. La impronta afecta la expresión de algunos, pero no de todos los genes y los genes improntados se caracterizan por la expresión de sólo uno de los alelos. La impronta es un mecanismo epigenético particularmente importante en los mamíferos y parecería estar relacionado en la regulación de la transferencia de nutrientes de la madre al feto y al recién nacido. Esta hipótesis es apoyada por el hecho de que los genes improntados tienden a afectar el crecimiento in utero y el comportamiento después del nacimiento. Aproximadamente 50 genes improntados han sido identificados en el ratón, la mayoría de los cuales tienen homólogos en el humano y se ha calculado que existan cerca de 100. ^15,76,77

Los genes improntados presentan características genéticas y epigenéticas comunes. La mayoría se localizan físicamente ligados en agrupamientos con otros genes improntados, esta agrupación sugiere una regulación coordinada de los genes contenidos en un dominio cromosómico. Por analogía con la inactivación del cromosoma X, en algunas regiones sujetas a impronta se han identificado centros de impronta (IC, imprinting center ) o elementos de control de la impronta. Generalmente no hay homología en las proteínas codificadas por los genes improntados, pero existen relaciones funcionales en algunos genes implicados en el crecimiento y desarrollo fetal. Las regiones improntadas, frecuentemente son ricas en islas CpG y cerca o incluso dentro de ellas contienen grupos de secuencias repetidas directas. ^9,15,76

La modificación epigenética más importante implicada en la impronta es la metilación en dinucleótidos CpG que define regiones con metilación diferencial (DMR, differentially metylated region ), las cuales son específicas para cada alelo parental. Los genes improntados también pueden diferir con respecto a la estructura de la cromatina y al estado de acetilación y metilación de las histonas. ^15,77 En algunos genes, las DMR se establecen en las células germinales femeninas y masculinas y el patrón de metilación es mantenido durante todos los estadios del desarrollo, mientras que en otros genes, las DMR son reprogramadas significativamente durante el desarrollo. La herencia de este marcaje epigenético conduce a la expresión génica diferencial. ^9,15,78 Sin embargo, ha resultado difícil identificar las señales que participan en la herencia y la reprogramación de la metilación del ADN en la impronta, recientemente se ha sugerido que algunas de estas señales pudieran estar dadas por el código de las histonas, principalmente la metilación en el aminoácido K4 o K9 de la histona H3. ⁶²

Las DMR pueden tener propiedades distintas, algunas están metiladas en el alelo inactivo, mientras que otras lo están en el activo. Un ejemplo de la función de las DMR se observa en el gen que codifica para el factor de crecimiento tipo insulina 2 (Igf2) con expresión del alelo paterno y el gen H19 expresado maternalmente que codifica para un transcrito no traducido. Ambos genes se encuentran en una región de 80 kb, en la región distal del cromosoma 7 del ratón y en el cromosoma 11p15.5 humano, localizada dentro de un agrupamiento que incluye 14 genes improntados. La alteración de la impronta y por consiguiente de la expresión de algunos de estos genes se asocia con el síndrome de Beckwith Wiedemann. ^15,79,80 La represión transcripcional por la metilación del ADN puede ser mediada por factores proteicos que se unan específicamente a sitios metilados o no metilados. Uno de ellos es la proteína de unión CTCF (factor proteico que reconoce la secuencia CCCTC) que actúa como un aislante en la regulación de la impronta de H19/Igf2. ^81-83 El factor CTCF se asocia al ADN en regiones específicas y aísla a los promotores de la influencia de potenciadores de transcripción remotos. La copia materna del gen Igf2 se encuentra transcripcionalmente inactiva debido a la unión de CTCF en una DMR localizada entre su promotor y un potenciador río abajo. Sin embargo, en el locus paterno, estos sitios de unión ricos en CpG se encuentran metilados, previniendo la unión de CTCF y de alguna manera permitiendo al potenciador localizado río abajo activar la expresión de Igf2 ⁸⁴ (Figura 3).

Una considerable proporción de genes improntados se asocian con transcritos antisentido. Sorprendentemente, todos los transcritos antisentido de los genes improntados también presentan impronta con expresión del alelo paterno (a excepción de Tsix), sin importar que sea el alelo paterno o el materno el que se exprese en el gen sentido. La mayoría de los transcritos antisentido no codifican para un producto proteico y deben tener funciones reguladoras. ⁷⁶ Entre los mejor estudiados están los que se encuentran sobrelapados con el gen Igf2r del ratón y con los genes del ratón y del humano Kcnq1/KCNQ1, que presentan expresión de los alelos maternos, y se llaman Air y Kcnq1ot1/LIT1, respectivamente. ^85,86 Ambos transcritos antisentido se originan en intrones de los genes sentido (Figura 3). El gen Air se encuentra sobrelapado con el promotor del gen Igf2r, las regiones promotoras de los genes antisentido son ricas en CpG que se encuentran metiladas en los alelos maternos. La deleción de estas DMR lleva a la falta de los transcritos antisentido y a la pérdida de la impronta de los genes sentido y de otros genes improntados localizados en el mismo dominio cromosómico. ^76,85,86 Es por ello que se ha propuesto que los transcritos antisentido podrían interferir con la expresión de los genes sentido, ya sea alterando la estructura de la cromatina, excluyendo directamente a los promotores o por interferencia con los ARN. Alternativamente, se ha sugerido que podrían actuar sobre otros elementos reguladores tales como silenciadores o aislantes. ^15,76

 

ENFERMEDADES POR ALTERACIONES EN LA METILACIÓN

Los patrones de metilación del ADN son importantes para regular de manera adecuada la expresión de los genes y asegurar un desarrollo normal del ser humano, por lo que su alteración se relaciona con enfermedad. Los cambios en la expresión génica pueden deberse a problemas en la maquinaria encargada de producir y mantener la metilación, tales como mutaciones en los genes que codifican para las ADN metiltransferasas, o en aquellos que codifican para las proteínas de unión al ADN metilado o por cambios en la secuencia de nucleótidos del ADN o en los complejos remodeladores de la cromatina que conducen a cambios en su patrón de metilación. Entre este tipo de padecimientos se encuentran los síndromes: ICF (inmunodeficiencia, inestabilidad centromérica y anomalías faciales), de Rett, de X frágil y ATR-X (alfa talasemia y retraso mental ligados al X). Otras enfermedades humanas, como los síndromes de Beckwith Wiedemann y de Prader Willi /Angelman, están asociadas con cambios en la dosis funcional de genes sujetos a impronta genómica, y pueden originarse por diferentes mecanismos que incluyen microdeleciones o duplicaciones de la región improntada, disomía uniparental y alteraciones en los mecanismos de regulación epigenética. ^8,15,87,88 Por otra parte, la metilación aberrante es un fenómeno relativamente frecuente en los procesos neoplásicos caracterizados por inestabilidad genómica y alteraciones en la expresión génica. ^8,89

 

Síndrome ICF

El síndrome ICF es un padecimiento autosómico recesivo raro, en el cual los pacientes cursan con deficiencia de al menos dos tipos de inmunoglobulinas y ocasionalmente defectos en la inmunidad celular. Presentan retraso mental y una facies peculiar que incluye una cara redonda, hipertelorismo, puente nasal plano, micrognatia y macroglosia; además de infecciones respiratorias recurrentes y quizá el dato más característico sea la elongación de la heterocromatina centromérica de los cromosomas 1, 9 y 16 en linfocitos en cultivo. ⁹⁰ Normalmente, el ADN satélite de estas regiones se encuentra metilado en las células somáticas, pero en los pacientes con ICF presenta una marcada hipometilación, indicando que la metilación es esencial para una adecuada estructura centromérica y estabilidad cromosómica. En estos pacientes también se encuentra hipometilación de elementos repetitivos dispersos en el genoma y de algunos genes del cromosoma X inactivo. ⁹¹ Este síndrome es debido a mutaciones en el gen DNMT3B localizado en 20q11.2; ^25,92 la mayoría de ellas afectan el dominio catalítico de la enzima que se encuentra en el extremo carboxilo. ^8,87,88 En el ratón homocigoto para mutaciones en DNMT3B se observa un patrón de desmetilación pericentromérico similar al del síndrome ICF; sin embargo, la pérdida total de la función de DNMT3B produce letalidad embrionaria, ²⁰ por lo que se ha propuesto que el dominio regulador del extremo amino de la enzima debe ser crítico para la supervivencia y que mutaciones en él o la pérdida total de la actividad de la enzima también debe ser letal en el humano. ^87,88 Sin embargo, resulta difícil explicar cómo alteraciones en la metilación del ADN conducen a una expresión génica anormal que lleve a retraso mental y a alteraciones faciales e inmunológicas, recientemente se ha postulado que puedan deberse a que no exista un silenciamiento normal de genes autosómicos o a que la DNMT3B tenga una localización tisular y subcelular específica. ^87,88

 

Síndrome de Rett

El síndrome Rett es un padecimiento dominante ligado al cromosoma X, que afecta principalmente a mujeres (1:10 000). Se caracteriza por un desarrollo normal hasta los 6-18 meses, seguido de un periodo de regresión que incluye una desaceleración en el crecimiento de la cabeza, pérdida del lenguaje y del uso adecuado de las manos con la aparición de movimientos repetitivos (lavado de manos). Las pacientes frecuentemente son autistas y presentan apraxia y una severa disfunción respiratoria. Después de este periodo de regresión, las condiciones se estabilizan y muchas pacientes sobreviven hasta la vida adulta. ^93,94 La mayoría de las afectadas son heterocigotas para mutaciones de novo en el gen MECP2 localizado en Xq28. ⁴⁵ Debido a la inactivación al azar del cromosoma X, sólo la mitad de las células de estas mujeres expresan el alelo no mutado del gen. En este padecimiento, contrariamente a lo que ocurre en otros padecimientos debidos a mutaciones en genes esenciales localizados en el cromosoma X, el patrón de inactivación no es sesgado. Sin embargo, existen portadoras asintomáticas en las cuales la inactivación al azar lleva al apagado del alelo mutado en la mayoría de sus células. ^94,95 Hasta hace poco se creía que los niños hemicigotos para mutaciones en MECP2 morían pre o perinatalmente. Sin embargo, existen reportes de niños afectados en familias con casos recurrentes de síndrome de Rett, demostrándose que los masculinos con un síndrome clásico tienen un cromosoma X extra o son mosaicos somáticos para la mutación. Recientemente se describieron recién nacidos masculinos con problemas respiratorios severos, hipotonía y encefalopatía neonatal que son hemicigotos para mutaciones en MECP2, y que fallecen por problemas respiratorios en los primeros años de vida. ⁹⁶ La mayoría de las mutaciones de novo se producen en el cromosoma X paterno, el cual sólo puede ser heredado a sus hijas o a los productos con síndrome de Klinefelter, lo que explica por qué existen más mujeres que hombres afectados. ^93,94

La mayoría de las mutaciones reportadas en MECP2 son sin sentido o de sentido equivocado y afectan tanto el dominio MBD como el dominio TRD. Se han identificado dentro del gen algunas zonas calientes de mutación en dinucleótidos CpG implicadas en transiciones de C por T. Se ha postulado que el síndrome de Rett es el resultado de un patrón aberrante de la expresión génica, ya sea debido a la falla de MECP2 para unirse en los sitios genómicos adecuados (mutaciones en MBD) o a la incapacidad para reclutar a los complejos de represión, debido a que la proteína no pueda unirse al ADN o porque sea incapaz de interaccionar con ellos (mutaciones en TRD). En apoyo a esta propuesta se ha documentado que existe un incremento de histona H4 acetilada en líneas celulares derivadas de pacientes con Síndrome de Rett. ^93,94,97,98

En los últimos dos años se han reportado formas leves de retraso mental en sujetos masculinos con mutaciones en MECP2. ^94,99 Estos datos enfatizan la importancia de MECP2 en el cerebro, ya que aun cuando el gen MECP2 se expresa ampliamente, es particularmente abundante en este tejido. Recientemente se ha sugerido que MECP2 sea un regulador transcripcional específico del sistema nervioso central. A partir de trabajos realizados en ratones, en los cuales el gen es deletado postcigóticamente únicamente en las neuronas del SNC y presentan el fenotipo de la enfermedad, se ha sugerido que el síndrome de Rett debe ser un problema neurodegenerativo más que un problema de neurodesarrollo. ^94,98

 

Síndrome ATRX

Las mutaciones en el gen ATRX están relacionadas con un desorden recesivo ligado al cromosoma X, que incluye alfa talasemia, retraso mental severo, microcefalia, dismorfismo facial y anomalías urogenitales. ^87,88 El gen ATRX codifica para una proteína nuclear similar a SWI/SNF (complejo remodelador de la cromatina), contiene un dominio PHD y colocaliza con la heterocromatina pericentromérica. ¹⁰⁰ En los pacientes con este síndrome se observan cambios en los patrones de metilación de las secuencias altamente repetitivas, tales como el ADNr y los repetidos subteloméricos. ¹⁰¹ Se ha propuesto que la pérdida de la función de ATRX puede estar relacionada con cambios en la estructura de la cromatina y de la metilación del ADN que conduzcan a la desregulación de la expresión génica, debido a que ATRX podría ser miembro de un gran complejo represor que incluya a las HDAC. ^87,88

 

Síndrome de X frágil

El síndrome de X frágil tiene una incidencia de 1 en 4, 000 varones y 1 en 6,000 mujeres. ¹⁰² Se hereda de forma dominante ligado al cromosoma X con una penetrancia reducida, 80% en hombres y 30% en mujeres. ^103,104 Este síndrome se asocia con un sitio frágil, FRAXA ( fragile site, X chromosome, A site ) localizado en Xq27.3. Los datos clénicos del síndrome incluyen retraso mental de moderado a severo, con IQ de 20 a 60, anomalías faciales con una mandíbula prominente y orejas grandes y macroorquidismo en los varones pospúberes. ^103,104 El defecto molecular fue demostrado en 1991, al identificar por clonación posicional al gen FMR1 ( fragile X mental retardation 1 ). ¹⁰⁵

El gen FMR1 tiene 17 exones y abarca aproximadamente 38kb. El transcrito tiene 4.4kb y dentro del primer exón, en la región 5' no traducida, contiene un repetido CGG altamente polimórfico en número y contenido, normalmente espaciado por interrupciones AGG; el tamaño normal del repetido varía de 7 a 60, con 30 repetidos en el alelo más común. En la mayoría de los individuos afectados, los repetidos CGG se encuentran masivamente amplificados (> 230) y anormalmente metilados, lo que constituye la mutación completa que resulta en el silenciamiento transcripcional del gen FMR1 y falta del producto proteico, una proteína citoplasmática de unión a RNA que parecería participar en la localización de los RNAm en las neuronas para la síntesis proteica. ^106,107 Recientemente se sugirió que FMR1P actúa como un regulador negativo de la traducción en los sinaptosomas y espinas dendríticas. ¹⁰⁸ Los ale-los con 60 a 230 repetidos son considerados premutaciones, debido a que generalmente no se encuentran metilados y los niveles de transcripción y proteína FMR1 son normales; sin embargo, estos alelos son extremadamente inestables durante su transmisión a la siguiente generación, principalmente en la meiosis femenina, donde generalmente se amplifican y metilan. ^103,104

 

Síndrome de Beckwith Wiedemann

El síndrome de Beckwith Wiedemann (SBW) es una enfermedad congénita que se caracteriza por presentar problemas de sobrecrecimiento y neoplasias. Las principales características son macrosomía, macroglosia y defectos de línea media de la pared abdominal, junto con predisposición a cánceres embrionarios. La mayoría de los casos se deben a modificaciones epigenéticas más que a alteraciones genéticas que llevan a la pérdida de la impronta (LOI, lost of imprinting ) de un grupo de genes localizados en una región con impronta en 11p15. Aproximadamente 15% de los pacientes con este síndrome tienen un patrón de metilación aberrante de los genes H19 e IGF2 y alrededor de la mitad presentan modificaciones en la metilación e impronta del gen LIT1, que codifica para un ARN no traducido y se encuentra dentro del gen KVLQT1 (KCNQ1) que codifica para un canal de potasio que se encuentra mutado en los pacientes con síndrome de QT largo, un defecto en la conducción cardiaca heredado en forma dominante. LOI puede implicar hipo o hipermetilación, dependiendo del gen. ^79,80 En el caso de H19 se observa hipermetilación, lo que conduce a la activación aberrante de IGF2, en el caso de LIT1 la hipometilación del alelo materno, que normalmente se encuentra metilado, lleva a la inactivación anormal del gen P57 ^KIP2 , también llamado CDKN1, que codifica para un inhibidor de cinasas dependientes de ciclinas. LIT1 se encuentra normalmente metilado en el cromosoma materno y desmetilado en el paterno, en los pacientes con síndrome de Beckwith Wiedemann por un defecto en la impronta, el alelo materno se encuentra aberrantemente hipometilado (Figura 3). En ambos casos, la activación de IGF2 o la inactivación de CDKN1, las células adquieren una ventaja proliferativa, lo que explica la alta incidencia de neoplasias en estos pacientes. ^{15,76,79,80,84} Recientemente se demostró, que en los pacientes con SBW, la metilación aberrante de LIT1 se asocia específicamente con problemas de sobrecrecimiento y defectos congénitos y que las alteraciones en la metilación de H19 incrementan el riesgo de cáncer. ¹⁰⁹

 

Síndromes de Prader Willi/ Angelman

Los síndromes de Prader Willi (SPW) y de Angelman (SA) son desórdenes neurogenéticos producidos por la pérdida de función de genes improntados de forma opuesta y localizados en 15q11-q13. Esta región contiene al menos 7 genes improntados, cinco de los cuales se expresan exclusivamente del cromosoma paterno y dos muestran expresión materna tejido específica, uno de estos genes UBE3A está improntado sólo en ciertas regiones del cerebro ¹¹⁰ (Figura 3). Deleciones de ~ 4 Mb del cromosoma paterno causan SPW, el cual se caracteriza por hipotonía y retraso en el desarrollo infantil, con aparición posterior de hiperfagia que conduce a obesidad; ¹¹¹ deleciones de la misma región del cromosoma materno producen SA, el cual presenta retraso mental severo carencia del lenguaje, convulsiones y episodios de risa. ^15,110 La mayoría de los pacientes con estos padecimientos presentan una deleción cromosómica de novo, algunos presentan disomía uniparental y en el caso del síndrome de Angelman pueden presentar mutaciones en el gen UBE3A. En pocos pacientes, 1% para SPW y 2-4% para SA, la enfermedad es producto de un patrón aberrante de impronta que conduce al silenciamiento génico. ^110,112 En el SPW, el cromosoma paterno presenta un patrón materno de impronta, mientras que en el SA el cromosoma materno presenta impronta paterna. En algunos pacientes, la metilación anormal del ADN puede ser consecuencia de una microdeleción que afecta el centro regulador de la impronta. Se ha observado que microdeleciones maternas que afectan una región de 880 bp (IC Angelman) localizada a 35 kb del exón 1 del gen SNURF-SNRPN impiden el establecimiento de la impronta materna y producen SA (Figura 3). La impronta en el cromosoma paterno no puede ser mantenida durante la embriogénesis temprana si ocurren deleciones de 4.3kb (IC Prader Willi) alrededor del exón 1 del gen SNURF-SNRPN en el cromosoma paterno. ¹¹³ Sin embargo, la mayoría de los pacientes que presentan patrones anormales de impronta no tienen este tipo de deleciones, lo que ha llevado a postular que adicionalmente otros mecanismos podrían estar implicados, tales como alteraciones en el marcaje epigenético durante las meiosis femenina o masculina, incluyendo la metilación en K9 de la histona H3 ⁶² o modificaciones a la impronta durante los primeros estadios embrionarios. ¹¹⁴

Datos recientes han demostrado que las técnicas de reproducción asistida, principalmente la inyección intracitoplasmática de esperma, pueden afectar los procesos epigenéticos en la embriogénesis temprana causando defectos congénitos, específicamente síndromes de Angelman y de Beckwith-Wiedemann. ^115-117

 

METILACIÓN Y CÁNCER

Probablemente uno de los procesos patológicos en los que intensamente se está estudiando la participación de la metilación del ADN es en el cáncer. Aunque este tema junto con otras enfermedades en el humano es motivo de una revisión especial, podemos introducir algunos aspectos de esta importante relación. El proceso de carcinogénesis comprende una serie de alteraciones genéticas y epigenéticas que son acumuladas en la célula y que terminan por permitir un crecimiento no regulado de ésta. Entre los cambios genéticos podemos mencionar la presencia de mutaciones en genes claves que participan en la regulación del ciclo y crecimiento celulares y promueven el crecimiento anormal. Por otro lado, los fenómenos epigenéticos, como la metilación de citosinas, favorecen la aparición de mutaciones. Un desbalance en el patrón de metilación del ADN ha sido particularmente observado en los cánceres esporádicos. Los cambios en la metilación que con mayor frecuencia han sido detectados en células cancerosas, incluyen la pérdida de ésta en secuencias normalmente metiladas (hipometilación) y la metilación aberrante de secuencias usualmente no metiladas (hipermetilación), localizada principalmente en islas CpG. Este tipo de alteraciones se presenta generalmente en tumores donde la resultante es en general una disminución en el nivel total de metilación. La hipometilación y la hipermetilación ocurren en sitios específicos del genoma, pero éstos son diferentes dependiendo del tipo de células tumorales, lo que sugiere una etiología distinta. Además, ambos defectos pueden preceder a la malignidad, lo que indica que no son una simple consecuencia del proceso neoplásico. ^8,15,89,118

En la actualidad se han acumulado un número importante de observaciones sobre las alteraciones en la metilación que participan en los diferentes estadios del cáncer. Dichas alteraciones pueden aparecer antes de su inicio, en células premalignas o durante la progresión del tumor, y participar en la severidad y/o en el grado de malignidad. Aunque en algunos casos no hay datos precisos, las observaciones en lesiones premalignas, tumores primarios y en diversos modelos tanto in vitro como in vivo permiten hacer estas suposiciones. ^89,119

 

CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS

La metilación del ADN es uno de los mecanismos epigenéticos implicados en la regulación de la expresión génica en los mamíferos, es vital en el desarrollo embrionario y tiene un papel crítico en el silenciamiento de genes específicos durante la diferenciación celular. Participa en la represión de los elementos genéticos móviles, como secuencias virales y transposones, siendo un mecanismo de defensa, aunque podría participar también en el proceso evolutivo.

La metilación del ADN es importante en diversos procesos como mantener la estabilidad del genoma, la inactivación del cromosoma X y la impronta genómica entre otros. En los últimos años ha habido grandes avances en el conocimiento de cómo la metilación del ADN afecta diversos procesos como la regulación transcripcional, la estructura de la cromatina, la estabilidad del genoma y el proceso neoplásico. Es por ello que resulta de vital importancia determinar las funciones precisas, blancos específicos, localización nuclear y las proteínas o complejos con que interacciona la maquinaría encargada de crear y mantener los patrones de metilación del ADN, metiltranferasas de matenimiento y de novo, así como desmetilasas. Los descubrimientos recientes parecen confirmar que la presencia de 5mC es indispensable para mantener el estado de represión transcripcional más que para iniciarlo y enfatizan la necesidad de identificar a los factores implicados en el inicio del silenciamiento génico y en la remodelación de la cromatina. Fuertes candidatos son las metilasas de histonas, cuya función parece ser primordial, incluso en organismos como las levaduras que no metilan su ADN, para la regulación epigenética de la expresión génica. Hoy en día éste es un campo de intensa investigación para tratar de entender los complejos mecanismos que asocian a las metilasas, acetilasas y desacetilasas de histonas con las ADN metiltransferasas y desmetilasas, y las proteínas de unión a ADN metilado, incluyendo a los aislantes, en la regulación de la expresión génica. Dado que los mecanismos epigenéticos pueden ser influenciados por factores externos como la dieta, se ha sugerido que constituye una forma de respuesta del organismo al medio a través de cambios en la expresión génica.

Las alteraciones en la metilación del ADN se asocian con diferentes patologías y principalmente con el proceso de transformación celular. En este sentido, diversas evidencias han demostrado la importancia de los mecanismos epigenéticos en la regulación transcripcional de genes supresores de tumores y oncogenes. Cambios en el estado de metilación de genes que participan en la reparación del ADN, regulación del ciclo celular, crecimiento celular y adhesión célula-célula promueven junto con la inestabilidad intrínseca de la 5-mC, para incrementar la tasa de mutación, el proceso neoplásico.

La modulación selectiva de los fenómenos epigenéticos, particularmente la metilación del ADN, podría tener implicaciones de importancia clínica, en el diagnóstico, la prevención y el tratamiento del cáncer. El conocimiento de los patrones de metilación en las diferentes regiones del genoma nos permitirán establecer en forma precisa la aparición de cambios asociados con el estado de malignidad de diversos tumores. Asmismo, debido a que los cambios epigenéticos son reversibles, el diseño de estrategias terapéuticas encaminadas a corregir las alteraciones en la metilación del ADN y en el código de las histonas, principalmente mediante el uso de inhibidores de las DNMT y las HDAC, parece ser una ruta promisoria para mejorar el manejo y pronóstico de los pacientes con padecimientos que involucran alteraciones en los patrones de metilación del ADN y primordialmente en aquellos con cáncer.

 

AGRADECIMIENTOS

Agradecemos al Dr. Rubén Lisker la revisión y comentarios al manuscrito.

Este trabajo fue parcialmente financiado por: Proyecto CONACYT 34861-N y Facultad de Química, UNAM. Rodríguez Dorantes M. es becario de CONACYT (117986).

 

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