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Mas alla de las moleculas ... Lo que los clinicos desconocen: acortando brechas.

Filling the Gap: Beyond Molecules ... What Clinicians Ignore

Introduccion

Numerosas investigaciones en ciencias basicas han logrado una mayor comprension del genoma humano. A principios de este siglo, se reporto su secuenciacion completa, gracias al trabajo colaborativo de muchas instituciones en el conocido Human Genome Project (HGP) (1,2).

El objetivo de este proyecto fue ampliar el conocimiento que se tenia sobre la evolucion humana, la etiologia de las enfermedades y la interaccion entre el medio ambiente y la herencia (1). Tal vez el hallazgo mas considerable ha sido el numero de genes que conforman el genoma humano, aproximadamente una cuarta parte del que se esperaba. Asi mismo, se evidencio que menos del 2% de la secuencia del genoma humano codifica para exones de proteinas (1,2). El HGP, como primer proyecto biologico a gran escala, allano el camino para numerosas empresas basadas en consorcios.

En el 2003, un consorcio de grupos de investigacion inicio el proyecto Encyclopedia of DNA Elements (ENCODE), cuyo proposito fue describir la funcionalidad del genoma anteriormente secuenciado, incluyendo los elementos que actuan en las proteinas y el ARN, al igual que los elementos regulatorios que controlan la actividad de cada gen (3). Teniendo en cuenta que unicamente un porcentaje del genoma muy limitado codifica proteinas, ?que codifica el resto? De acuerdo con lo reportado por el ENCODE, en el 2012 se evidencio que aproximadamente el 76% del ADN del genoma se transcribe en algun tipo de ARN (4). Dentro de estas especies deARN, existen los ARN no codificantes o non-coding RNA (ncRNA), que tienen tan diversas funciones como regular la expresion genica de la transcripcion, procesamiento de ARN y traduccion. Debido a la notable variedad de funciones biologicas, se les pueden considerar lideres de una revolucion, pues han forjado nuevos dogmas, anulando afirmaciones moleculares previamente establecidas (5). Estos ncRNA incluyen 8800 moleculas de ARN pequeno (small RNA molecules) y 9600 de ARN largo no codificante (long noncoding RNA o lncRNA) (4). Los lcnRNA regulan los estados de la cromatina (complejo de ADN y proteinas), procesos de transcripcion, incluyendo actividad asociada con regiones enhancer (6). Otro de los reguladores de la expresion genica, dentro de la "revolucion de los ARN", comprende a los ARN micro (micro-ARN o miRNA), como reguladores citoplasmaticos de la expresion genica (7).

Dentro de los alcances de esta revolucion, en agosto de 2018 la Administracion de Medicamentos y Alimentos (FDA, por su sigla en ingles) de Estados Unidos anuncio la aprobacion de un medicamento basado en los procesos postranscripcionales de ARN interferente (RNA interference o RNAi) utilizando tecnologia de silenciamiento de genes (8). Es un hito para el campo, que ha luchado durante mas de decada y media, desde que se descubrieron los ARNi, para demostrar su valor en la clinica.

A traves del descubrimiento del ARNi, la bioquimica farmaceutica ha podido utilizar estos principios para bloquear la expresion de distintos genes y utilizarlos contra los tipos mas severos de cancer. En el Instituto de Tecnologia de Massachusetts, investigadores estan trabajando en el diseno de nanoparticulas que puedan transportar ARN pequeno de interferencia o small interfering RNA (siRNA) mediante ingenieria de acidos nucleicos en combinacion con diseno de polimeros, lo cual esta generando una plataforma de terapias basadas en ARNi (9).

Otra cooperacion importante de este siglo ha sido el consenso al que se llego en la reunion en Cold Spring Harbor, en el 2008, acerca de la definicion de "rasgos epigeneticos", la cual los define como un fenotipo heredable estable que resulta de cambios en un cromosoma sin alteraciones en la secuencia de ADN (10).

A pesar de que con estos descubrimientos se ha corrido la frontera del conocimiento desde las ciencias basicas, los profesionales de la salud no parecen tener suficiente entendimiento de estos conceptos (11,12). Mas alla de ser un compendio de datos interesantes, la verdadera importancia de estos hallazgos radica en su posible aplicabilidad en la clinica, por lo cual es muy importante que el personal que podria estar implementando estos descubrimientos tenga un entendimiento basico de sus principios.

El campo de investigaciones basicas asociadas a la medicina avanza diariamente, y cada vez se encuentran mas metodos terapeuticos para todo tipo de enfermedades (13). Por ejemplo, la epigenetica ayuda a orientar diagnosticos e incluso esta involucrada en el tratamiento de algunas enfermedades. Hoy, una nueva clase de medicamentos epigeneticos, conocidos como epi-drugs, actuan en la cromatina e intervienen en el control de la expresion genica (14). El interes en estos nuevos medicamentos ha crecido vertiginosamente (15).

Cada uno de los mas de 200 tipos celulares en nuestro cuerpo interpreta la informacion del genoma de manera diferente para realizar las funciones vitales. Posiblemente, cualquier alteracion conduce a su manifestacion en una patologia. Este articulo se escribio con el proposito de resumir algunos aspectos importantes de la regulacion de la expresion genica; para que quien lo lea sea capaz de aprehender estos conceptos y, sobre todo en el caso del personal de la salud, aprecie su posible aplicabilidad en su vida laboral.

Expresion genica diferencial

Cada ser humano esta constituido por alrededor de un billon de celulas (se estima que el cuerpo humano tiene entre 1012 a 1016 de celulas) (16). Cada una de ellas posee el mismo genoma, y este contiene toda la informacion necesaria para construir y mantener un organismo. El genoma esta conformado por aproximadamente 3.000.000.000 pares de bases (1), que constituyen el ADN, y codifican alrededor de 19.000 genes (17).

Dentro de las secuencias de ADN se encuentran los genes, secuencias especificas de ADN responsables por las caracteristicas fisicas y heredables de un organismo. Un gen codifica para una proteina con una funcion especifica, por lo cual se puede encontrar en estado activo o inactivo, y dependiendo de los genes que esten activos en una celula, se establece su estructura, funcion y respuesta al medio ambiente (18,19). La identidad celular, o mas especificamente lo que distingue una celula de otra, es controlada en gran parte por la accion de factores de transcripcion que reconocen y se unen a secuencias especificas del genoma, que consecuentemente regulan la expresion genica (20). En el genoma humano se han descrito mas de 1600 factores de transcripcion, donde aproximadamente la mitad de los factores de transcripcion codificados en el genoma humano se expresan en cualquier tipo celular (21,22).

La transcripcion de genes especificos define el tipo celular, por lo cual la expresion genica diferencial se refiere a los mecanismos que permiten que cada tipo celular sea distinto a otro, basado en una combinacion unica de genes que esten activos o sean expresados. La produccion selectiva de proteinas permite generar diversidad celular. La dinamica de la expresion genica, ademas, permite a una celula que conforma un tejido responder a senales intrinsecas o extrinsecas provenientes del medio ambiente, con el fin de regular procesos celulares como el ciclo celular, responder en situaciones favorables o de estres o establecer su destino celular. Estos mecanismos le permiten a la celula adaptarse para cumplir con su ciclo de vida. Consecuentemente, asegurando la expresion correcta de genes especificos, el sistema regulador transcripcional desempena un papel central en el control de procesos biologicos (21).

Muchos mecanismos regulatorios que permiten el acceso al ADN, la sintesis de ARNm y su procesamiento, asi como la produccion de proteinas, conocido como el proceso de traduccion y sus modificaciones, permiten la expresion genica diferencial (23). Los mecanismos de traduccion, aunque relevantes, no forman parte del enfoque del presente articulo, por lo cual se sugiere leer a Alberts et al. (24), Clancy y Brown (25) y Schaefke et al. (26).

La expresion genica que le otorga la identidad a distintos tipos celulares en el proceso del desarrollo de un ser humano inicia en la primera semana posconcepcion y se mantiene durante la vida de un individuo (27). Para lograr esto, primero se fusionan los gametos femenino (ovulo) y masculino (espermatozoide) durante la fertilizacion, proceso mediante el cual se unifica la informacion genetica proveniente de la madre y del padre, formando un cigoto con un genoma nuevo, que tiene caracteristicas geneticas de ambos padres. No obstante, al inicio, el genoma del nuevo individuo no esta activado; se deben llevar dos a tres divisiones del cigoto para que esto se de lugar. Hacia el tercer dia posconcepcion el proceso de transcripcion es evidente (27). Entre cuatro y ocho celulas, las celulas comparten practicamente la misma identidad, donde los genes activos son en mayor parte los mismos. Despues del quinto dia, se comienzan a activar e inactivar genes, de manera que se permite la formacion de dos tipos celulares diferentes (28). El objetivo es sostener dos poblaciones para la formacion de un individuo: las celulas del trofoblasto, que daran lugar a la placenta, y las celulas del embrioblasto, que formaran el embrion. Para alcanzar esta meta unicamente se deben seleccionar de todo el genoma los genes que cumplan esta funcion (29).

Asi es como dependiendo de la expresion genica diferencial--la activacion o inactivacion de genes--cada celula adquirira el fenotipo que la identifica y le proporciona su funcion. Una vez elegidos los genes que deben ser transcritos, se lleva a cabo la sintesis de ARNm. Despues de un proceso de maduracion (eventos que se describen a continuacion), los transcritos deben salir del nucleo y mediante la traduccion del ARNm finalmente se originan las proteinas necesarias para que cada celula tenga su identidad y funcion respectiva.

Los procesos de transcripcion diferencial inician en el tercer dia del desarrollo; pero persisten durante toda nuestra vida, otorgandoles a las celulas su identidad, funcion y respuesta al medio ambiente en situaciones fisiologicas; mas cuando hay desregulaciones en la expresion de genes se manifiestan las patologias (20,21). De hecho, algunos estudios se enfocan en establecer correlaciones entre niveles de expresiones genicas diferenciales y caracteristicas clinicas (30). Para mencionar algunos ejemplos, se han realizado investigaciones que relacionan procesos de transcripcion diferencial con condiciones como malformaciones vasculares en el cerebro, respuesta a tratamiento en pacientes hispanicos con leucemia y prognosis en cancer pancreatico, entre otros, con el proposito de encontrar biomarcadores que puedan ser utilizados en un futuro para realizar la busqueda activa de diferentes patologias, estratificacion de riesgo y determinar el pronostico de las mismas (31,32,33).

Regulacion epigenetica de la expresion genica

El genoma puede tener una longitud aproximada de 2 m y se encuentra almacenado en el nucleo, un organelo con un diametro promedio de 10 (im. Para permitir que la celula responda a su medio ambiente constantemente cambiante, dentro de este contexto, segmentos del genoma deben estar transcripcionalmente activos o reprimidos de manera coordinada (34). Las histonas son criticas, porque parecen ser en parte responsables de facilitar o inhibir la expresion de un gen. A continuacion, se detallara como.

En el nucleo, el ADN se encuentra empaquetado en unidades funcionales denominadas nucleosomas, las unidades basicas de la estructura de la cromatina (ADN y proteinas) (34). El nucleosoma es un complejo entre el ADN y un octamero de proteinas, que contiene dos moleculas cada una de las histonas H2A, H2B, H3 y H4 (35). A su vez, un conjunto de nucleosomas, estabilizados por la histona H1, se compactan adicionalmente en solenoides (figura 1) para empaquetar el ADN dentro del nucleo (36).

La conformacion del nucleosoma dependiente de H1 inhibe la transcripcion de genes en celulas somaticas, empaquetando nucleosomas adyacentes en arreglos que previenen el acceso por parte de factores de trascripcion y ARN polimerasa (37,38). La regulacion de la estructura de la cromatina es un proceso complejo que esta conformado por una serie de modificaciones epigeneticas. Hoy, el modelo propuesto por Weintraub, en 1984, es mas intrincado (38), a causa del hallazgo de otras proteinas que interactuan con H1. Se ha descrito que PTEN mantiene la condensacion de la cromatina mediante interacciones con H1 (39). Por lo tanto, las regiones de cromatina altamente empaquetada se llaman heterocromatina, y en regiones donde la cromatina se encuentra relajada se denomina eucromatina, donde se puede dar el proceso de transcripcion. Una manera de lograr la expresion genica diferencial es mediante la regulacion de estados de eucromatina o heterocromatina.

La interaccion entre ADN y proteinas desempena un papel importante en practicamente cada proceso celular, incluyendo la regulacion de la expresion diferencial de genes (40). La estructura del ADN tiene una carga negativa, debido a los grupos fosfato en los esqueletos pentosa-fosfato de la estructura. Por otro lado, las histonas H2A, H2B, H3 y H4 estan compuestas por un dominio globular en el extremo carboxi-, y por unas regiones conocidas como "colas", que se encuentran en el extremo aminoterminal. Estas colas tienen un alto contenido de los aminoacidos lisina y arginina, que les brindan una carga positiva. La compactacion de la cromatina ocurre debido a la interaccion entre las cargas negativas del ADN y las positivas de los aminoacidos, principalmente ubicados en las colas de las histonas H3 y H4 (19,20) (figura 1).

Para iniciar el proceso de expresion diferencial, las proteinas que van a llevar a cabo la transcripcion deben tener acceso a los genes. El primer paso es a traves de procesos epigeneticos, mediante la remodelacion de la cromatina. La epigenetica son los cambios funcionales del genoma que no involucran modificaciones en la secuencia de los nucleotidos, pero tienen acceso al ADN para ser transcrito (41). De esta manera se integran senales intrinsecas del genoma con los del medio ambiente (42).

Ya en el siglo XIX, Lamarck describio cambios heredables y ademas influenciados por el medio ambiente (43). Evidencia emergente indica que tanto experiencias ancestrales, al igual que provenientes de los progenitores, como comportamiento de crianza, estres social y habitos nutricionales pueden afectar las funciones metabolicas, las fisiologicas y las celulares de un organismo. En algunos casos se pueden transmitir a traves de varias generaciones mediante la epigenetica. Es posible modular las modificaciones epigeneticas a traves de metilaciones del ADN, modificaciones de las histonas y ARNs no codificantes pequenos (small non-coding RNAs) (43).

La expresion genica diferencial inicia con modificaciones sobre los aminoacidos de las colas de las histonas, lo que permite la remodelacion de la cromatina (figura 2). El objetivo es tener acceso a las secuencias de ADN a ser transcritas,

por las proteinas requeridas para llevar a cabo la transcripcion (44). La represion o activacion epigeneticas estan principalmente controladas por la adicion o remocion de grupos acetilo o metilo sobre estos aminoacidos (45); por esto, se requieren enzimas especificas que lleven a cabo estos procesos (46).

La histona-acetiltransferasa (HAT, EC 2.3.1.48) adiciona grupos acetilo (de carga negativa) a las colas de las histonas, particularmente a H3 y H4. Esta nueva carga negativa neutraliza la carga positiva de la lisina y la arginina y relaja la cromatina (47)

(figura 2B). La acetilacion reduce la carga neta positiva de las histonas, debilitando la interaccion entre histonas y el ADN. Otras proteinas de remodelacion se unen a residuos de lisina acetilada, reconfigurando los nucleosomas para exponer otras secuencias de ADN a la union de factores de transcripcion y otras proteinas e iniciar la transcripcion (48).

En contraposicion, la histona-deacetilasa (HDAC, EC 3.5.1.98) remueve el grupo acetilo de las colas, haciendo que los nucleosomas se compacten y consecuentemente imposibiliten la transcripcion (49). Por otro lado, la adicion de un grupo metilo mediante la histonametiltransferasa (HMT, EC 2.1.1.43) puede ocurrir en varios residuos basicos de las histonas. Dependiendo del grado de metilacion y de la ubicacion del residuo metilado, se da lugar a diferentes resultados funcionales (50) (figura 2A). El efecto dependera del aminoacido metilado y de la presencia de grupos acetilo en la vecindad (51,52). Por ejemplo, la acetilacion en las colas de las histonas H3 y H4, ademas de la trimetilacion en la lisina 4 de la cola de la histona H3, permite la expresion de genes cercanos (53,54). Por el contrario, la ausencia de acetilacion en las colas de las histonas H3, H4 y la metilacion de H3 en la lisina (K) en la posicion 9 o K27 y en H4K20, es indicativo de heterocromatina (55). En sintesis, el proceso de metilacion de histonas es dinamico. Las marcas de metilo pueden ser adicionadas o removidas por enzimas especificas. Otras proteinas las reconocen y se unen a los residuos metilados para efectuar resultados en el fenotipo (50).

Los grupos metilo tambien pueden ser eliminados por la enzima histona-desmetilasa

(HDM, EC 1.14.11.27), al igual que la HDAC elimina los grupos funcionales acetilo (56). La actividad de esta enzima esta regulada por niveles de expresion, mediante su accion en sitios especificos en el genoma y modificaciones postraduccionales (57).

En sintesis, si la cromatina se encuentra condensada, es imposible que la maquinaria necesaria para la transcripcion de un gen tenga acceso a este (44). Por esta razon, las modificaciones sobre las colas de las histonas

son indispensables para que la expresion genica diferencial ocurra, pues ponen a disposicion todo el material genetico, permitiendo la transcripcion (cuando se relaja) o inhibiendola (cuando se condensa). Las tablas 1 y 2 resumen las enzimas y las funciones para llevar a cabo estos procesos (47,49,50,51,53,54,55,56,57,58).

Modificaciones epigeneticas sobre el ADN: metilacion

Otra manera de regular la expresion genica diferencial es mediante la metilacion de nucleotidos directamente sobre la secuencia del ADN. Asi como las acetilaciones y metilaciones sobre las colas de las histonas pueden resultar en la remodelacion o condensacion de la cromatina (causando la inactivacion o activacion de un gen), las metilaciones de los nucleotidos, en especial sobre las citosinas en el ADN, inhiben la expresion genica (59). En humanos, algunas de estas metilaciones se encuentran sobre citosinas que se ubican en regiones promotoras, conocidas como islas CpGs (60).

Los genes tienen una estructura tipica constituida por regiones de control y una unidad transcripcional (tabla 3). Dentro de las regiones de control existe la region promotora, en la cercania del inicio de la transcripcion. Alli se unen proteinas que posicionan la ARN polimerasa II para dar inicio a la transcripcion. La region promotora del tipo isla CpG tiene un alto contenido de dinucleotidos citosinaguanina; de ahi su nombre. Generalmente, se encuentra secuencia arriba del gen en la hebra de ADN (figura 3) y promueve la union de la maquinaria de transcripcion.

Las islas CpG corresponden a un tipo de promotor rico en dinucleotidos citosina-Guanina. Para la inactivacion de un gen la DNMT metila la citosina del dinucleotido CpG.

Las metilaciones en las islas CpG regulan la expresion genica mediante el reclutamiento de proteinas asociadas a la represion de la expresion de un gen. Por otro lado, la metilacion en citosinas en la region de control tipo promotora inhibe el acoplamiento de proteinas para dar inicio con la transcripcion. Otro mecanismo evita la union de los factores de transcripcion a sus regiones de control tipo enhancer (61). La metilacion sobre citosinas del ADN funciona como una senal que permite a proteinas reconocer regiones del ADN que deben ser silenciadas. De esta manera, se facilita el reclutamiento de otras proteinas que en conjunto pueden modificar la eucromatina en heterocromatina.

Aproximadamente, el 70% de los promotores en humanos son del tipo islas CpG (62). Dentro de los genes regulados por este tipo de promotores estan los genes constitutivos (tambien conocidos como housekeeping), genes tejido-especificos y genes del desarrollo (63,64). Las metilaciones sobre la citosina de una isla CpG se deben por

la accion de la enzima ADN metiltransferasa (DNMT, EC 2.1.1.37) (65). Por esa razon la metilacion en las citosinas de los promotores de tipo CpG es un mecanismo fundamental en la regulacion de la expresion genica (tabla 1).

Por otro lado, una citosina metilada puede reclutar proteinas de union que facilitan la metilacion o desacetilacion de las colas de las histonas, estabilizando los nucleosomas. Una citosina metilada en el ADN puede unir proteinas que forman complejos con capacidad de remover grupos acetilos en las histonas y adicionar grupos metilos (66). Por ejemplo, las citosinas metiladas del ADN pueden unir proteinas especificas como la metil-CpG proteina de union 2 (MeCP2). Una vez unida la proteina a la citosina metilada, MeCP2 une HDACs y HMTs, las cuales remueven grupos acetilos y adicionan grupos metilos, respectivamente, en las colas de las histonas. Como resultado, los nucleosomas forman complejos altamente condensados, no permitiendo que se lleve a cabo la transcripcion.

Lectura del gen: decodificando la informacion del genoma en transcrito

En la seccion anterior se describio como las histonas sirven de guardianes, modulando el acceso de la maquinaria transcripcional a los genes mediante procesos epigeneticos. Para que finalmente se pueda expresar un gen, la secuencia especifica de ADN debe ser transcrita a ARN mensajero (ARNm) en el nucleo (24). Posteriormente, este ARNm o transcrito debe ser traducido a proteina en el citoplasma mediante el proceso de traduccion, ya que la proteina es la molecula funcional en el contexto celular (67). La expresion genica diferencial es, entonces, la seleccion de genes especificos en los cuales se llevan a cabo los procesos de transcripcion y, tal vez, posteriormente de traduccion (68). La regulacion pos-transcripcional de la expresion genica es mas intrinseca de lo que se habia pensado. Un completo entendimiento de los mecanismos basicos del control postranscripcional sera esencial para tener una vision holistica de la expresion genica diferencial a diferentes niveles. Debido a su complejidad, no es tema de este trabajo. Para mayor entendimiento de estos procesos se sugiere leer Michlewski y Caceres (69) y Corbett (70).

La transcripcion es un proceso que se requiere para que la celula establezca su identidad dentro de un tejido y, por ende, su funcion. Por otro lado, le permite responder a eventos intrinsecos y/o extrinsecos, dependiendo de las senales percibidas. Por esto, dependiendo de la activacion o inactivacion de genes, puede haber grandes cambios en la regulacion de la expresion genica.

La transcripcion es llevada a cabo por la ARN polimerasa tipo II (EC 2.7.7.6) y un complejo de proteinas, los cuales son capaces de realizar una copia complementaria de una hebra del ADN del gen que se va a transcribir (71). La hebra del ARNm es de cadena sencilla, y tiene un inicio 5' y un fin 3'. Como se habia descrito, existen secuencias en el ADN que son requeridas para el proceso de la transcripcion, pero que no forman parte del transcrito, como las regiones de control (tabla 3). Las regiones regulatorias (elementos reguladores en cis) pueden estar ubicadas en los extremos del gen, dentro de el o en secuencias a muchos pares de bases del inicio del gen, pero son necesarias para indicar cuando y donde se transcribe cada gen. En consecuencia, durante la transcripcion se lee informacion proveniente de regiones no contiguas en el ADN (24,72).

El proceso de transcripcion es un proceso especifico que en un primer nivel se basa en interacciones especificas con alta afinidad de proteinas (elementos trans reguladores) con la secuencia blanco en el ADN (elementos cis reguladores) (73). Para que este proceso se inicie, se requieren senales codificadas dentro del ADN que indiquen a la ARN polimerasa II donde iniciar. A esta region se le conoce como la region promotora (figura 4C). Las secuencias promotoras pueden ser de tipo isla CpG o caja TATA, llamada asi por tener una secuencia TATAAA (secuencia consenso) a la cual se une la ARN polimerasa II. En humanos, este tipo de promotor esta en aproximadamente el

24% de los genes. Generalmente, las secuencias promotoras se ubican unos 30 nucleotidos corriente arriba de donde se une la ARN polimerasa II. Por otro lado, a las islas CpG se unen los factores de transcripcion Sp1, que pueden activar o reprimir la transcripcion en respuesta a estimulos fisiologicos o patologicos (74). Aproximadamente, el 76% de los genes humanos carecen del promotor tipo TATA y son del tipo islas CpG (75).

Existen dos tipos de factores de transcripcion o elementos reguladores en trans-: los factores de transcripcion generales, que se unen a secuencias de ADN en la region de control tipo promotora, permitiendo que la ARN pol II forme el complejo de iniciacion. El otro tipo de factores de transcripcion activadores o represores se unen a regiones de control tipo enhancer o silenciadora (que no permiten la expresion del gen mediante un mecanismo de represion), respectivamente; modulando la formacion de un complejo de iniciacion. Se explican mas adelante en detalle (tabla 3).

Los factores de transcripcion generales (TFIIA, TFIIB, TFIID, TFIIE, TFIIF, TFIIH) se unen a la secuencia promotora en un orden especifico y permiten posicionar la ARN polimerasa II en la ubicacion correcta. Ademas, estos factores separan las dos hebras de ADN para que inicie la transcripcion y liberen la ARN polimerasa del promotor y se pueda llevar a cabo la elongacion, una vez iniciada la transcripcion (72). La eficiencia de este proceso puede ser baja, por lo cual la cantidad de ARNm sintetizado no es muy alta.

Los factores de transcripcion (activadores) reconocen regiones especificas de ADN, para controlar la cromatina y la transcripcion, formando un sistema complejo que guia la expresion en el genoma (22). Son elementos clave en el control de la expresion genica y sus actividades determinan la funcionalidad celular y su respuesta al medio ambiente (21). Operan de manera coordinada para dirigir procesos celulares durante toda la vida.

Para aumentar la eficiencia del proceso, adicional a la ARN polimerasa tipo II y los factores de transcripcion generales, se requiere la union de otras proteinas, los factores de transcripcion (activadores) a regiones enhancer, a fin de modular la formacion de un complejo de iniciacion. Cada gen contiene una variedad de enhancers en su region de control (76). En ciertos momentos es preciso aumentar la expresion de un gen o genes, en respuesta a una senal en particular, como una hormona o un factor de crecimiento (77). La combinacion exacta de un factor de transcripcion en una celula en particular, dado en un momento especifico define cuales genes seran transcritos y en que tasa. Por el contrario, dependiendo del estado de la celula, el gen puede ser inactivado mediante la union del factor de transcripcion a una region silenciadora.

La ubicacion de los factores de transcripcion depende del tipo celular, ya que es tejido especifico y de esta manera se define el fenotipo y, por ende, la funcion celular (78). Los factores de transcripcion son proteinas que deben tener, por lo menos, dos dominios reconocibles, pero se han descrito hasta tres regiones de interaccion distintas en su estructura terciaria (figura 4A): un dominio de union al ADN, que se une especificamente a una secuencia de ADN como un elemento cis regulador dentro de la region de

control, sea promotora o enhancer (figura 4B). Estas secuencias no necesariamente estan en la cercania de la region promotora; pueden estar a miles de pares de base del gen que regulan, pueden estar corriente arriba, corriente abajo o dentro de un intron del gen que regulan. La interaccion del factor de transcripcion con la secuencia de ADN genera un complejo que permite establecer conexiones con otras proteinas, de manera que queden formando bucles de ADN, estableciendo en ultimas una asociacion con la region promotora y todas sus proteinas mediante un complejo mediador (79). Adicionalmente, como se menciono, estas secuencias tienen como funcion controlar la tasa de transcripcion de un promotor en tiempo y espacio de manera especifica (80). Varios tipos de dominios de ADN han sido caracterizados; de hecho, se utilizan para clasificar los factores de transcripcion en familias: dentro de estas se encuentran: helice-giro-helice, helice-buclehelice, dedos de zinc y cremalleras de leucina (81,82).

Por otro lado, el otro dominio del factor de transcripcion le permite la union con otros factores de transcripcion, interaccion con ARN polimerasa II y el reclutamiento de proteinas modificadoras de cromatina (68), mediante la interaccion con enzimas que modifican las histonas, como HAT o HMT, lo cual remodela la cromatina. Con estas acciones se da la entrada de la ARN polimerasa II, su union al ADN y la descondensacion del ADN alrededor de las histonas en regiones vecinas para su transcripcion. De esta manera, los factores de transcripcion pueden estabilizar el complejo de iniciacion. Por ultimo, generalmente, el factor de transcripcion debe tener un dominio de interaccion proteina-proteina. Asi, los factores de transcripcion, a traves de sus dominios, forman "asociaciones" por medio de distintas proteinas que permiten que la cromatina formen bucles y traigan las secuencias y las enzimas modificadoras de histonas a la cercania de la region promotora (figura 4C). Consecuentemente, la union del factor de transcripcion a su enhancer regula el momento en el cual se debe dar lugar la expresion de un gen en una celula especifica (83).

Una vez se haya asociado la ARN polimerasa II y todos los factores anteriormente descritos, se debe iniciar el proceso de transcripcion. Por convencion, al primer nucleotido del gen en ser transcrito se le asigna el numero +1 y su sintesis ocurre en sentido 5' a 3' (figura. 4C). Adicionalmente, este extremo del ARNm debe estar protegido por una caperuza, que consiste en una modificacion del extremo 5' del transcrito de ARNm, donde se le adiciona un nucleotido de guanina (G) atipico con un grupo metilo en la posicion 7 (24). La funcion de la caperuza es critica para la maduracion y estabilidad del transcripto (84). Seguido, se encuentra la secuencia lider, tambien conocida como region no traducida o untranslated region (5'UTR), que se transcribe en ARNm, pero no se traduce a proteina. Esta secuencia incluye el inicio de la transcripcion, designado como +1, hasta el codon que dara inicio a la traduccion. Es una secuencia con funciones regulatorias del ARNm, una de ellas es determinar la tasa de la traduccion. A continuacion, la ARN polimerasa II transcribira el resto del primer exon.

Los exones son secuencias que codifican para la proteina definida por el gen. Dentro de este primer exon debe estar el codon ATG, que indicara posteriormente el inicio de la traduccion, que en el transcripto es AUG. Entre los exones (secuencias que se expresan) se encuentran los intrones, que son secuencias transcritas, que no codifican los aminoacidos que conformaran la proteina (85). Estas secuencias tienen funciones reguladoras; no obstante, son eliminadas en el proceso de la maduracion del ARNm (tabla 3).

En el ultimo exon del gen se debe encontrar el codon de terminacion de la traduccion, ya que posteriormente en el citoplasma se traduce el ARNm a proteina, el ribosoma unido al ARNm encuentra el codon de parada, se libera del ARNm y se termina la traduccion. Adicionalmente, en el extremo 3' del ultimo exon, se encuentra la region 3' UTR, que al igual que la secuencia 5' UTR se transcribe, pero no se traduce. La secuencia 3'UTR comprende desde el codon de terminacion de la traduccion (TAA) hasta la secuencia de terminacion de la transcripcion. Esta region contiene la secuencia AATAAA, que es requerida para la poliadenilacion. La cola poli-A es critica para conferir al ARNm estabilidad, la capacidad de salir del nucleo y ser traducido en proteina. Por ultimo, corriente abajo de la secuencia de poliadenilacion esta la secuencia de terminacion de la transcripcion (79).

Los intrones son secuencias que se interponen entre los exones y deben ser eliminados durante la maduracion del ARNm mediante splicing alternativo (figura 5). Evolutivamente, este proceso proporciona la aparicion de proteinas nuevas de la misma familia, ya que permite la combinacion de distintos exones de un mismo gen. Por lo tanto, contribuye a la diversidad proteomica y la especificidad tisular (86). En humanos se estima que el 95% de los genes sufre splicing alternativo (87,88). Para este proceso se requiere una maquinaria compleja, que utiliza una serie de ARNs pequenos nucleares, los ARNsn (small nuclear RNAs o snRNAs), que en conjunto con un numero importante de proteinas auxiliares pueden eliminar un intron a la vez (89). Estos ARNs especializados reconocen secuencias de nucleotidos que especifican la ubicacion del splicing. Para seleccionar que exones se mantienen y cuales secuencias se eliminan son necesarios elementos de secuencia de ARN y reguladores de proteinas. Esta eleccion puede ocurrir en los estadios tempranos del reconocimiento del sitio de splicing. Sin embargo, puede llevarse a cabo durante otros estados del ensamblaje del espliceosoma (complejo de corte de intrones y empalme de exones), inclusive durante los cambios conformacionales (90,91). Adicionalmente, se ha reportado que el proceso de transcripcion tambien tiene funciones regulatorias sobre el splicing (92).

La transcripcion de un gen requiere la coordinacion de diversas proteinas en distintos momentos. Este transcrito puede salir del nucleo a ser traducido en proteina una vez se hayan llevado a cabo las modificaciones necesarias, como la adicion de la caperuza, la eliminacion de los intrones y la adicion de la cola poli-A. La expresion genica diferencial para un gen ocurre mediante la seleccion de exones especificos para generar proteinas con funciones diferentes. Por ejemplo, el gen del colageno 2 puede producir dos ARNm maduros. El transcrito que retiene el exon 2, conocido como COL2A, codifica para una proteina que es sintetizada por celulas que se van a diferenciar en condrocitos (93); mientras que el ARNm que no lo retiene se conoce como COL2B y es sintetizado por condrocitos

maduros (94). Estos principios descritos han servido de base para adelantar estudios que permitan aplicaciones en la clinica de muchos de los paradigmas biologicos con fines diagnosticos o terapeuticos.

Aplicaciones clinicas de los factores de transcripcion

Debido a que los factores de transcripcion controlan cada proceso fisiologico dentro de la celula, las posibilidades diagnosticas y terapeuticas de los factores de transcripcion en la clinica son de gran alcance (95). Por ejemplo, en cancer se han identificado una serie de factores de transcripcion linaje especificos que forman parte de cambios patofisiologicos y que favorecen la proliferacion tumoral e invasion (96,97). Por lo anterior, los factores de transcripcion tienen una gran utilidad diagnostica en analisis histologicos de biopsias de tejidos con sospechas de cancer como marcadores de diferentes neoplasias.

El cancer surge de alteraciones geneticas que conducen a programas transcripcionales desregulados (20). Los reguladores moleculares de estos programas son proteinas involucradas en el control transcripcional, de las cuales cada vez se avanza mas en su identificacion. Con fines diagnosticos, algunos factores de transcripcion son utilizados en inmunohistoquimica para determinar neoplasias. Para mencionar algunos, se encuentra el factor de transcripcion tiroideo (TTF-1) y el Pax8 (98), que sirven para identificar tumores de linaje pulmonar y de tiroides. El factor de transcripcion de microftalmia es un biomarcador para metastasis de melanoma (99), y los factores de transcripcion E3 y EB, en carcinomas de celulas renales (100). El TTF-1 en cancer de pulmon es utilizado para distinguir entre tumores primarios y metastasis, y para diferenciar entre los diferentes tipos histologicos de tumores (adenocarcinoma vs. escamocelular, carcinoma de celulas pequenas vs. carcinoma de celulas de Merkel) (101) (figura 6).

Celulas epiteliales cilindricas positivas para TTF-1 en bronquiolo rodeado de musculo liso sin cartilago. Fotografia a 10X tomada de biopsia de pulmon con firma de consentimiento informado. El factor 1 de transcripcion tiroideo (TTF-1) es un polipeptido que hace parte de la familia del factor de transcripcion homeodominio (homebox). Es uno de los actores de la regulacion de genes expresados en pulmon, tiroides y cerebro. Es utilizado como ayuda diagnostica al momento de realizar pruebas inmunohistoquimicas. Debido al papel que cumple con relacion a la expresion genica de los organos mencionados, los anticuerpos TTF-1 son utiles en la diferenciacion de algunos carcinomas pulmonares, como son el caso del adenocarcinoma primario de pulmon versus carcinoma metastasico de mama y mesotelioma maligno, tambien es util para diferenciar carcinoma de celulas pequenas del pulmon de infiltrados linfoides. La tincion inmunohistoquimica permite observar una reaccion visible, y al contratenir la muestra y aplicarla sobre un cubre portaobjetos, la interpretacion del resultado se hace facilmente con un microscopio optico.

Por otro lado, en los laboratorios de investigacion basica, desde inicios del siglo XXI se ha descrito el uso de los factores de transcripcion para cambiar el fenotipo celular. Estos experimentos se han trabajado para lograr celulas con caracteristicas diferentes a las originales y ser utilizados como modelos de enfermedad (102). En 2006, Takahashi y Yamanaka reportaron (103) un metodo por medio del cual es posible inducir celulas con propiedades de celulas madre a partir de celulas maduras. Posteriormente, utilizaron fibroblastos humanos -que son celulas completamente diferenciadas --las cuales fueron reprogramados a celulas pluripotenciales. Esta metodologia involucra la expresion de genes que codifican factores de transcripcion caracteristicos de celulas madre pluripotenciales en los nucleos de las celulas maduras--por ejemplo, los fibroblastos--y como resultado se obtiene que dichas celulas se regresen hacia un estado pluripotente, como las celulas en estados preembrionarios. Estas celulas resultantes recibieron el nombre de celulas inducidas a pluripotencia. Por este trabajo, Shinya Yamanaka y John B. Gurdon recibieron el Premio Nobel de Medicina, en el 2012. Otro ejemplo de estos avances es la diferenciacion in vitro de fibroblastos a celulas con caracteristicas de neuronas mediante la aplicacion de modificaciones sobre la metodologia descrita, salvo que se requiere la utilizacion de factores de transcripcion especificos para linaje neural (104,105). Se espera utilizar estas celulas inducidas a neuronas (iN) como modelos de enfermedades neurologicas. Lo anterior podria llegar a tener implicaciones importantes en el tratamiento de enfermedades y lesiones neurologicas y su rehabilitacion.

Por ultimo, estudios mas ambiciosos han desarrollado la entrega in vivo de factores de transcripcion en un modelo de raton con dano hepatico, como blanco terapeutico (95). Tratamientos medicos basados en la administracion de factores de transcripcion serian una verdadera revolucion; no obstante, tendrian que superar todas las fases de estudios clinicos antes de poder llegar a ser considerados seguros y eficaces.

Aplicaciones clinicas de la epigenetica

Asi como los factores de transcripcion se estan utilizando en investigaciones basicas para entender la etiologia de enfermedades, establecer herramientas diagnosticas y proponer opciones terapeuticas, la epigenetica tambien tiene las mismas proyecciones. En humanos, se estan descubriendo las causas geneticas de patologias de una manera sin precedentes (106). Ha venido en aumento el numero de enfermedades que podrian ser agrupadas en una subclase de mutaciones que involucran cambios en el epigenoma o un incremento en las proteinas que regulan la estructura de la cromatina (106).

Se esta dilucidando el paisaje epigenetico del cancer, enfermedades neurodegenerativas, dolor, enfermedades infecciosas, enfermedades metabolicas o mecanismos de envejecimiento (107,108,109,110,111,112). Las investigaciones que median los fenomenos epigeneticos se han enfocado en dos mecanismos moleculares: las modificaciones sobre las histonas y la metilacion sobre el ADN (42). Las enfermedades pueden ser causadas por mutaciones de orden genetico en los modificadores epigeneticos, que afecten la cromatina, a traves de las proteinas que estan implicadas en el proceso. Por otro lado, pueden tener un efecto en la secuencia del ADN que altera la configuracion de la cromatina. Igualmente, las enfermedades tambien pueden ser causadas por cambios directos en las marcas epigeneticas, como la metilacion sobre el ADN (106).

Para la generacion del cancer se han realizado multiples esfuerzos con el fin de reconocer cuales son los genes asociados a su etiologia, lo que ha permitido identificar un numero significativo de ellos que estan directa o indirectamente asociados con la aparicion de los canceres mas prevalentes en el ambito clinico (113,114,115). Adicionalmente, dentro de los mecanismos involucrados en la aparicion del cancer se encuentran las modificaciones epigeneticas. Se han descrito procesos biologicos fundamentales, como la metilacion del ADN: alteraciones en las enzimas implicadas en la metilacion del ADN y patrones de metilacion aberrantes sobre el ADN (116), modificaciones de las histonas, remodelacion de la cromatina o regulacion dirigida por especies de ARN (117).

Se ha descrito un aumento en el numero de metilaciones en el ADN de las celulas cancerigenas responsables de la aparicion de las neoplasias (118), especificamente dentro de las islas CpG, que en circunstancias normales se encuentran no metiladas. Estas metilaciones derivan su potencial carcinogenico del silenciamiento de genes de supresion tumoral (119). En la clinica, la hipermetilacion en las islas CpG normalmente no metiladas, podria ser usado para el pronostico de pacientes con esta patologia (120). De igual manera, defectos en la DNMT se han visto asociados con la aparicion y progresion de tumores-- hepaticos, pancreaticos, pulmonares, uroteliales, gastricos, uterino-cervicales, de seno (121) y esofagicos (122)-. La sobreexpresion de las DNMT puede ser uno de los primeros eventos de la carcinogenesis. Igualmente, se ha propuesto que esta sobreexpresion puede causar mutaciones de novo en las islas CpG y contribuir al desarrollo tumoral (123). La reversibilidad de la sobreexpresion de las DNMT es de gran valor en este campo; de hecho, la FDA ha autorizado el uso de inhibidores de la expresion de las DNMT, como Vidaza[R] (azacitidina) (124), para el tratamiento de sindromes mielodisplasicos.

Tecnologias de ultima generacion en la secuenciacion del ADN, como la next-generation sequencing (NGS), han ayudado al entendimiento de enfermedades complejas como el cancer (113). Esta nueva tecnica ha revelado cambios epigeneticos que se pueden usar como marcadores tumorales, y que anteriormente eran inaccesibles debido a limitaciones metodologicas. Debido a que los fluidos de los pacientes con cancer tienen por lo general un aumento en los niveles de ADN tumoral libre, estos marcadores epigeneticos pueden ser identificados en muestras de sangre periferica, saliva, orina, liquido peritoneal y liquido broncoalveolar, lo que podria hacer mas oportuno el diagnostico y el tratamiento de estos pacientes, mejora su pronostico (114).

La NGS tambien se usa para detectar mutaciones heterocigotas en cancer de seno y ovario. A diferencia del proyecto genoma humano, el cual inicio en la decada de los noventa y requirio 13 anos de trabajo y billones de euros para su culminacion, actualmente la NGS secuencia la totalidad del genoma en unos pocos dias y por menos de mil dolares (114), lo que supone que puede ser utilizada como una herramienta diagnostica.

Con respecto a epigenetica de 31 genes y alteraciones de histonas en relacion con enfermedades neurodegenerativas, una revision epidemiologica sistematica del papel de modificaciones de las histonas y metilaciones del ADN en enfermedades neurodegenerativas publicada en el 2016 concluyo que el numero de estudios asociados a cambios epigeneticos del genoma, como modificaciones de las histonas y metilaciones del ADN en Alzheimer y Parkinson, es importante. Se analizaron cerca de siete mil reportes, donde unicamente el 1% incluyo estudios de casos-control, lo cual satisfizo su criterio de inclusion en el estudio. El trabajo recomendo una cohorte mas grande para identificar cambios epigeneticos clinicamente significativos (125). Aunque existan muchos estudios, el rigor cientifico es importante para establecer su significancia en un ambito clinico.

De igual manera, existen estudios que relacionan las modificaciones epigeneticas con dolor (112,126). La regulacion de la expresion genica a traves de la epigenetica cumple un papel importante en la plasticidad neuronal y en la respuesta celular a los cambios ambientales (127). Existen reportes que asocian la epigenetica con la transicion del dolor agudo a cronico despues de una lesion (112), y dolor y analgesia (126). Geranton (128) refiere la existencia de vias de senalizacion presentes en la percepcion de dolor, que al mismo tiempo inducen cambios epigeneticos. Tambien, como en el cancer, existen terapias dirigidas a modificar estos cambios epigeneticos. En dolor, se abre la posibilidad de que diferentes medicamentos con base en el mismo principio tengan algun efecto como moduladores del dolor cronico (128). Todos estos pueden resultar en la aparicion de esta enfermedad u otras entidades, como trastornos mentales o dolor neuropatico (121).

Para enfermedades infecciosas virales, una revision del 2018, Tarakhovsky y Prinjha (109), sugieren que la estrategia viral utiliza mimetismo de las histonas para utilizar un trastorno intrinseco en las proteinas y maximizar su impacto sobre las redes proteicas del hospedero, con el fin de minimizar el impacto de un genoma viral pequeno. Por otro lado, eventos epigeneticos han sido asociados a enfermedades autoinmunes como la enfermedad intestinal inflamatoria, donde la hipermetilacion se asocia a la inflamacion a largo plazo, especificamente en pacientes con colitis ulcerativa. De este modo, las modificaciones epigeneticas, como la metilacion, se han relacionado con diferencias en el pronostico clinico de la enfermedad, y estas podrian usarse como un marcador en el tamizaje para riesgo de cancer colorrectal (118). Tambien se han descrito modificadores epigeneticos como terapias inmunomoduladoras para tumores solidos (129).

Actualmente se han implementado estas terapias o medicamentos dentro de ensayos clinicos (130). Mas aun, hoy en dia existen en el mercado medicamentos epigeneticos. Algunos usan mecanismos de inhibicion selectiva de la metiltransferasa en dosis bajas (EC 2.1.1.43 Dacogen[R] (decitabina) y Vidaza[R] (azacitidina) para tratar el sindrome mielodisplasico; otros, inhibidores de la histona deacetilasa, Zolinza[R] (vorinostat) e Istodax[R] (romidepsina), para el tratamiento de linfoma de celulas T cutaneas. Adicionalmente, se han comenzado a integrar a ensayos clinicos controlados una segunda generacion de estos medicamentos, en los que por medio de moleculas de menor tamano interfieren con la actividad de enzimas epigeneticas y proteinas adaptativas, como la acetiltransferasa (EC 2.3.1.48) y la metiltransferasa de las histonas (130).

Con referencia a enfermedades metabolicas como la diabetes, Zhang y Pollin (131), en el 2018, informaron acerca de la variacion epigenetica en la patogenesis de la diabetes. De acuerdo con esta revision, los estudios recientes ilustran el rol de cambios en los patrones de metilacion, modificaciones de las histonas, impronta genica y ARNsmi a traves de varios tipos de diabetes y sus complicaciones. En particular, se encontro que cambios en la metilacion del antigeno leucocitario humano (HLA) preceden al desarrollo de diabetes tipo 1 (131).

Como se ha descrito, desregulaciones en procesos epigeneticos pueden estar asociados a cancer. Asi mismo, fallas en mecanismos epigeneticos de impronta genomica e inactivacion del cromosoma X se han asociado a un subconjunto de sindromes congenitos (132). El clasico ejemplo de las enfermedades congenitas de impronta Angelman y PraderWilli, las enfermedades congenitas asociadas a la inactivacion del cromosoma X, enfermedades congenitas asociadas a defectos en el mecanismo epigenetico o trastornos generalizados del desarrollo, potencialmente asociados con defectos en el mecanismo epigenetico. Estas enfermedades y sus mecanismos patologicos asociados a procesos epigeneticos son descritos en la revision de Kubota del 2008 (132).

El estudio de las alteraciones en los mecanismos de modificacion epigenetica en cancer y otras enfermedades es un tema de interes general, debiendose al papel que desempenan en la regulacion de la expresion genica y el mantenimiento de la integridad cromosomal. Hasta el momento se han descrito principalmente dos procesos moleculares: modificacion de las histonas y metilacion del ADN. Algunos estudios comienzan a dimensionar el papel que pueden ejercer los ARNsmi. Se espera que un mejor entendimiento de estos procesos permita el acceso a nuevas estrategias diagnosticas y terapeuticas.

Conclusion

Este milenio ha evidenciado un exito incomparable en la identificacion de las bases geneticas para cientos de enfermedades en humanos. Gracias al establecimiento de consorcios, se ha logrado correr la frontera del conocimiento de manera acelerada con respecto al entendimiento del genoma humano. Se han identificado regiones codificantes (2%), asi como regiones transcritas no codificantes y no transcritas. El porcentaje codificante no puede dar cuenta de toda la complejidad que permite a cada uno de los mas de 200 tipos celulares conformar los tejidos en nuestro cuerpo e interpretar la informacion del genoma de manera diferente para realizar sus funciones vitales.

El genoma humano, constituido por aproximadamente 3000 millones de pares de bases, que codifican cerca de 19.000 genes, debe dar cuenta de la expresion de un conjunto definido de genes, que le otorgan a cada tipo celular su identidad y funcion. Los mecanismos que permiten dar respuesta a los retos a los cuales se enfrenta una celula, sean extrinsecos o intrinsecos, son dinamicos. La expresion genica diferencial es el proceso mediante el cual cada celula desarrolla su propio fenotipo y funcion por medio de la activacion o inactivacion de genes en diferentes momentos. Ello equipa al cuerpo humano con tejidos capaces del mantenimiento de la homeostasis.

A pesar de que cada celula cumple una funcion diferente, todas cuentan con el mismo genoma; lo que marca esta diferencia son los genes que seran expresados en cada celula. De manera que en celulas diferenciadas, los genes no utilizados no mutan ni se destruyen, pero mantienen su potencial de expresion genica (133). La identificacion y entendimiento de las bases moleculares en procesos fisiologicos permiten dilucidar eventos patologicos en las celulas, que conforman los tejidos de un organismo. Por consiguiente, constituyen nuevas oportunidades de acercamiento de la investigacion basica a la practica clinica. Como se ha descrito, basados en principios de la regulacion de la expresion genica, es posible establecer herramientas diagnosticas. De igual modo, el entendimiento de estos procesos se espera permita la identificacion de nuevas dianas terapeuticas para una gran variedad de enfermedades.

Anteriormente se creia que la secuencia codificante del ADN nos definia; hoy se han descrito mecanismos que tienen funciones regulatorias sobre la expresion de un gen, comenzando por el estado de condensacion y remodelacion de la cromatina. La estructura de la cromatina define el estado en el cual la informacion del genoma esta organizada en una celula. Esta organizacion influencia en gran parte la capacidad de activar o inactivar la expresion de genes.

Seguido de estos eventos epigeneticos, tambien se sabe que metilaciones directas sobre la secuencia del ADN, especificamente la citosina, pueden inactivar la expresion de un gen. Alteraciones de estas funciones se han descrito en diversas patologias. Avances en tecnologias de edicion del genoma prometen dilucidar la contribucion de la genetica a las enfermedades. Algunos investigadores esperan, mediante tecnicas moleculares, poder llegar a editar el genoma (134). Otros buscan establecer herramientas diagnosticas mediante la secuenciacion del ARN (135). Por otro lado, el descubrimiento y desarrollo de medicamentos puede ser una aplicacion estrategica de la expresion diferencial (136). Si el personal clinico entiende los principios que rigen la vida desde el punto de vista molecular, pueden valorar la importancia de las investigaciones basicas y sus hallazgos.

Un mejor entendimiento de los mecanismos de expresion diferencial establece los modelos que definen la enfermedad y pueden orientar estrategias terapeuticas. El horizonte de la medicina se encuentra aqui, pues con todos los avances que se han logrado se presentan nuevas alternativas diagnosticas y terapeuticas, y a futuro es posible dimensionar los beneficios que la investigacion podria traer.

DOI: https://doi.org/10.11144/Javeriana.umed60-2.mole

Declaracion de interes

Los autores declaran que no tienen ningun conflicto de interes.

Fuentes de financiacion

Los autores declaran que no tuvieron ninguna financiacion para este trabajo.

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<ADD> Maria Lucia Gutierrez Gomez (a) Pontificia Universidad Javeriana, Colombia Camilo Andres Calixto Nunez Pontificia Universidad Javeriana, Colombia Ana Maria Gomez Pontificia Universidad Javeriana, Colombia Valentina Lugo Mesa Pontificia Universidad Javeriana, Colombia Maria Margarita Garcia Pontificia Universidad Javeriana, Colombia Nicolas Vivas Ramirez Pontificia Universidad Javeriana, Colombia Maria de la Paz Andrade Moreno Pontificia Universidad Javeriana, Colombia Daniela Camargo Pontificia Universidad Javeriana, Colombia Juan Pablo Bejarano Rodriguez Pontificia Universidad Javeriana, Colombia Natalia Moros Martin Pontificia Universidad Javeriana, Colombia Camila Andrea Farfan Robles Pontificia Universidad Javeriana, Colombia Maria Beatriz Daza Daza Pontificia Universidad Javeriana, Colombia Elian Orminso Arguello Pontificia Universidad Javeriana, Colombia </ADD>

(a) Correspondencia: mlgutierrez@javeriana.edu.co

Recepcion: 28 Junio 2018 | Aceptacion: 26 Octubre 2018

Leyenda: Figura 1: Nucleosoma

Leyenda: Figura 2: Esquema de heterocromatina y eucromatina.

Leyenda: Figura 3: Metilacion de citosinas en islas CpG.

Leyenda: Figura 4: Expresion de un gen mediante la sintesis de mRNA.

Leyenda: Figura 5: Maduracion de ARNm

Leyenda: Figura 6: Factor de transcripcion TTF-1 como marcador celular en patologia.
Tabla 1
Enzimas modificadoras de la cromatina: que
compactan o relajan los nucleosomas

Proteina            Abreviacion    Funcion                      Ref.

Principales proteinas involucradas el mareaje con grupos funcionales o
su eliminacion, como grupos acetilo o metilo

Histona                 HAT        Enzimas que acetilan         (47)
acetil                             residuos conservados de
transferasa                        lisina en histonas
                                   mediante la
                                   transferencia de un
                                   grupo acetilo del acetu-
                                   CoA para formar la s-N-
                                   acetil lisina. Induce la
                                   relajacion de la

Histona-                HDAC       Enzima que remueve el        (49)
deacetilasas                       grupo acetilo de las
                                   colas de las histonas,
                                   induciendo la
                                   compactacion de los
                                   nucleosomas, haciendo
                                   menos accesibles los
                                   factores de
                                   transcripcion al ADN.

Histona-                HMT        Enzima que transfiere el   (50-52)
metiltransferasa                   grupo metilo de la S-
                                   adenosil metioninaa
                                   residuos de arginina o
                                   lisina de las histonas
                                   H3 y H4. depende del
                                   contexto.

Histona-                HDM        Enzimas que remueven el    (54.57)
desmetilasa                        grupo metilo de Usinas y
                                   argininas de las colas
                                   de las histonas.

Enzimas que adicionan el srupo funcional metilo al ADN" con diversidad
de funciones biologicas

DNA metil               DNMT       Familia de enzimas que       (58)
transferasas                       cataliza la ADN. Todas
                                   las metiltransferasa
                                   utilizan a la S-
                                   adenosil metionina como
                                   donante del grupo
                                   memetilo

Tabla 2
Marcas epigeneticas. Diferentes clases de
modificaciones sobre las histonas

Funcion sobre     Marca             Protein a         Proteina
la cromatina      epigenetica       responsable del   responsable del
                                    mareaje           borrado

Compactacion      Metilacion de     HMT (Suv39hl)     Desmetilasa
                  H3K27, H3K9                         (PHF8)

                  Metilacion de     HMT (SUV4-        Desmetilasa
                  H4K20             20H1. SUV4-       (PHF8)
                                    20H2)

                  Fosforilacion     Serina/           Fosforilasa
                  de H3S10, H3T3    treonina
                                    proteina
                                    quinasa
                                    (Haspin)

Descompactacion   Acetilacion de    HAT (TIP60)       Deacetilasa
                  lismas en H3 y                      (Sirt2)
                  H4

                  Trimetilacion     HMT (Set1)        Desmetilasa
                  de H3K4                             (Jhd2)

Fuente: adaptado de (54), (55) y (58).

Tabla 3
Componentes de un gen. Se describen los
componentes del gen y los que influencian la
expresion genica diferencial

                    Regiones de     Funcion
                    un gen

Regiones            Repeti          Secuencia que proporciona
de control          promotora       sities de union para la
                                    maqmnaria proteica que lleva a
                                    cabo el proceso de
                                    transcripcion Generalmente
                                    ubicada corriente arriba del
                                    inicio de La transcripcion.

                    Enhancer        Secuencia (elementos cis
                                    reguladores) que proporciona
                                    sitios de union a factores de
                                    transcripcion. Incrementa la
                                    tasa de transcripcion. Puede
                                    estar nulas de bases de la
                                    region codificante (corriente
                                    arriba o abajo o dentro de un
                                    introt

                    Silenciadora    Secuencia (elementos cis
                                    reguladores) que proporciona
                                    sitios de union a factores de
                                    transcripcion qua disminuyen
                                    la tasa de transcripcion.
                                    Puede estar miles de bases de
                                    la region codificante 'comente
                                    arriba o abajo o dentro de un
                                    intron

                    Exones          Secuencias que codifican para
                                    aminoacidos y colectivamente
                                    secuencia de aminoacidos de
                                    usa proteins. Son las
                                    secuencias del gen que fiieron
                                    transcritas y permanecen en el
                                    ARNm maduro.

Marco               Intrones        Secuencias del gen que no
abierto de                          codifican para aminoacidos.
lectura                             Pueden raaulatorias.
(unidad
transcripcional)

                    Regiones de     Tipos de     Proteinas de union
                    un gen          promotor

Regiones            Repeti          Caja TATA    Factores de
de control          promotora       Islas CpG    transcripcion
                                                 secarales o basales.
                                                 Avadan a posicionar
                                                 la'AKN pol II en el
                                                 promotor.
                                    Islas CpG    Abm las dos habias
                                                 de ADN. permrten el
                                                 inicio de la
                                                 elongacion.

                    Enhancer                     Factores de
                                                 transcripcion
                                                 (activadores)
                                                 tambien conocidos
                                                 como elementos trans
                                                 reguladores.
                                                 Facilita la union de
                                                 la ABN pol II al
                                                 promotor, de otros
                                                 activadores a sus
                                                 respectivos
                                                 enhancer.

                    Silenciadora                 Factores de
                                                 transcripcion
                                                 (rapresorer) tambien
                                                 conocidos como
                                                 elementos tyans
                                                 reguladores
                                                 Interfieren con el
                                                 ensamblaje de la
                                                 maquinaria
                                                 transcripcional.

                    Exones

Marco               Intrones
abierto de
lectura
(unidad
transcripcional)

                    Regiones de     ARN
                    un gen

Regiones            Repeti          ARN
de control          promotora       pelimerasa
                                    II

                    Enhancer

                    Silenciadora

                    Exones

Marco               Intrones
abierto de
lectura
(unidad
transcripcional)
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Author:Gutierrez Gomez, Maria Lucia; Calixto Nunez, Camilo Andres; Gomez, Ana Maria; Lugo Mesa, Valentina;
Publication:Revista Universitas Medica
Article Type:Report
Date:Apr 1, 2019
Words:13524
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