Durante más de una década, los científicos cuentan con un mapa de trabajo sobre el genoma humano, una imagen completa de la secuencia de ADN que codifica la vida humana, pero todavía se están añadiendo nuevas páginas a ese atlas: mapas de marcadores químicos llamados grupos metilo que 'atornillan' hebras de ADN e influyen en qué genes son reprimidos y cuándo.
Científicos del Instituto Salk, en La Jolla, California, Estados Unidos, han construido mapas más completos todavía de esos patrones químicos --colectivamente llamados el epigenoma-- en más de una docena de diferentes órganos humanos procedentes de donantes individuales (de mujer, hombre y niño). Aunque la metilación no cambia la secuencia genética heredada de un individuo, la investigación ha demostrado que tiene un profundo efecto en el desarrollo y la salud.
'Encontramos que no todos los órganos que analizamos son iguales en términos de sus patrones de metilación', revela el autor principal, Joseph R. Ecker, profesor y director del Laboratorio de Análisis Genómico de Salk y codirector del Centro de Excelencia para la Genómica de Células Madre. 'Las firmas de metilación son lo suficientemente claras entre los órganos que podemos estudiar los patrones de metilación de un tejido y saber si el tejido es muscular o timo o el páncreas', añade el autor de este trabajo, que se publica este lunes en 'Nature'.
Mientras que el genoma de un individuo es el mismo en cada célula, los epigenomas varían ya que están estrechamente relacionados con los genes que realmente utiliza una célula en un momento dado. Las marcas de metilación ayudan a las células de la sangre a ignorar los genes requeridos para ser una célula del cerebro o el hígado, por ejemplo, y pueden variar con el tiempo, de forma que cambios en la edad de una persona, la dieta o el medio ambiente, por ejemplo, se ha demostrado que afectan a la metilación.
'Queríamos hacer una evaluación inicial de cómo se ve el epigenoma, en particular, la metilación del ADN, en los órganos humanos normales', relata Ecker. Para ello, los científicos recolectaron células de 18 órganos en cuatro individuos y trazaron sus perfiles de metilación.
Como era de esperar, los patrones se alinearon de alguna manera con genes conocidos por ser importantes para la función de una célula, de forma que, por ejemplo, había menos metilación cerca de genes musculares en las células recogidas del músculo. Pero otros aspectos de los nuevos mapas fueron sorprendentes: los investigadores detectaron una forma inusual de metilación, denominada metilación no-CG, que se cree que es generalizada sólo en el cerebro y las células madre.
'El único lugar donde se había observado esto antes era en el cerebro, el músculo esquelético, las células germinales y las células madre --dice Matthew Schultz, exestudiante graduado en el laboratorio Ecker y primer autor de este trabajo--. Así que, verlo en una variedad de tejidos adultos normales fue realmente emocionante'. Los investigadores aún no saben la función de esa metilación no-CG en los adultos, pero tienen la hipótesis de que puede sugerir la presencia de poblaciones de células madre en los tejidos adultos.
El equipo encontró otras sorpresas en su trabajo, que señalan nuevas vías para explorar. Por ejemplo, hallaron que muchas regiones que muestran metilación dinámica no están situadas donde se esperaba, en una sección de ADN llamada promotor, así como regiones reguladoras que están aguas arriba del promotor.
'En el pasado, la gente realmente ha pensado que el promotor o las regiones de aguas arriba es donde todo está sucediendo --relata Ecker--. Pero encontramos que los cambios de metilación que están más correlacionados con la transcripción de genes están a menudo en las regiones aguas abajo del promotor'. La observación podría afectar a cómo y dónde buscan los investigadores metilación cuando están estudiando cómo se regula un gen individual.
Otra sorpresa fue que los órganos diferían ampliamente entre sí en el grado de metilación de todo el genoma. El páncreas tenía un nivel inusualmente bajo de metilación, mientras que el timo poseía altos niveles de metilación, pero los expertos aún no saben por qué.
Los nuevos resultados sólo rascan la superficie de la comprensión total de los patrones de metilación del ADN, ya que hay docenas más de órganos para perfilar, numerosas incógnitas sobre qué da forma y cambia el epigenoma, y preguntas acerca de si las diferentes células --incluso dentro de un solo órgano-- varían en sus patrones de metilación.
'Sería interesante a continuación dividir diferentes tipos de células -apunta Yupeng He, estudiante graduado en el laboratorio Ecker y coprimer autor del nuevo documento--. Las muestras que tenemos son mezclas heterogéneas de muchas células'.
Los investigadores esperan que los resultados ofrezcan un trampolín para comenzar a entender cómo las enfermedades, como las que afectan a los órganos que perfilaron, pueden reflejarse en cambios en el epigenoma. 'Con el tiempo, si alguien tiene un problema, una biopsia podría no sólo mirar la caracterización de las células o los genes, sino también del epigenoma', adelanta Ecker.