La epigenética ambiental es una rama de la epigenética que estudia la influencia de factores ambientales externos en la expresión genética de un embrión en desarrollo . [1] La forma en que se expresan los genes puede transmitirse de padres a hijos a través de modificaciones epigenéticas, aunque las influencias ambientales no alteran el genoma en sí.
Durante el desarrollo embrionario, las modificaciones epigenéticas determinan qué genes se expresan, lo que a su vez determina el fenotipo del embrión . Cuando la descendencia aún se está desarrollando, los genes se pueden activar y desactivar dependiendo de la exposición a ciertos factores ambientales. Si bien la activación o desactivación de ciertos genes puede aumentar el riesgo de enfermedades del desarrollo o fenotipos anormales, también existe la posibilidad de que el fenotipo no sea funcional. [2] La influencia ambiental en la epigenética es muy variable, pero ciertos factores ambientales pueden aumentar en gran medida el riesgo de que se expresen enfermedades perjudiciales tanto en las etapas tempranas como en las adultas. [3]
La forma en que se expresan los genes está influenciada por el entorno en el que se encuentra el genoma. Estas influencias ambientales se denominan desencadenantes y pueden implicar cualquier cosa que influya en la expresión genética normal. La forma en que se expresa el genoma depende de los factores ambientales presentes durante la gestación . Es posible que los efectos ambientales de la epigenética sean perjudiciales o sean una parte natural del camino del desarrollo. [4] Cuando estos factores ambientales son perjudiciales provocan la desactivación de algunas secuencias de ADN, lo que puede conducir a fenotipos atípicos. Algunos de los desencadenantes más comunes incluyen la dieta, la temperatura, la exposición a sustancias nocivas y el estilo de vida. Estos desencadenantes pueden causar bajo peso al nacer, trastornos neurológicos, cánceres, enfermedades autoinmunes y muchas otras malformaciones.
Estos desencadenantes epigenéticos pueden cambiar la forma en que se desarrolla un organismo y tener efectos de por vida. Los cambios epigenéticos pueden transmitirse a través de la descendencia , estar presentes en varias generaciones y continuar cambiando a lo largo de toda la vida. Cada secuencia de ADN afectado no se expresa al mismo tiempo. Hay etapas específicas en las que ocurren estas expresiones durante el desarrollo. [5] Los mecanismos epigenéticos combinados de metilación del ADN y modificación de histonas son responsables de cómo se altera el genoma. Por ejemplo, la supresión de oncogenes está regulada por la metilación del ADN y si la metilación está activada o no. Esta activación depende del entorno. [4] Cuando ocurren estas activaciones, pueden transmitirse a la siguiente generación a través de la diferenciación de células germinales.
La descendencia puede experimentar cambios fenotípicos dependiendo de su acceso a los nutrientes. Cuando los nutrientes son limitados durante el embarazo, la expresión fenotípica de la descendencia puede verse alterada. La ingesta de nutrientes también es importante durante la lactancia con el fin de transferir nutrientes a la descendencia. [6]
La exposición a ciertos desencadenantes, como el alcohol o las drogas, puede alterar la expresión normal del fenotipo de la descendencia. Los fármacos antipsicóticos pueden provocar un desarrollo anormal o atrofiado durante las etapas fetal o embrionaria. [7]
Cuando la figura materna está expuesta a factores estresantes, puede generar una mayor probabilidad de expresar o atrofiar la expresión del ADN. Si la figura materna experimenta altos niveles de depresión o estrés, puede dar lugar a camadas pequeñas con tasas de natalidad más bajas. La causa sospechosa de esto es la disminución de la producción hormonal . [8]
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Los cambios de temperatura pueden tener diversos efectos en un organismo. La metilación del ADN puede verse afectada por la temperatura cuando ésta se desvía de su valor normal, lo que impide que se lleven a cabo procesos regulares. La temperatura puede considerarse un factor estresante en la epigenética ambiental, ya que tiene el potencial de cambiar la forma en que la descendencia responde y reacciona a su entorno. [2] Las mariposas monarca son un ejemplo de cómo la temperatura puede afectar la supervivencia y la aptitud de un organismo. [9] Si se exponen a factores estresantes, como temperaturas variables, estas mariposas pueden expresar una coloración que se desvía de su color normal.
Las marcas epigenéticas pueden resultar de una serie de exposiciones y elecciones realizadas por un individuo a lo largo de su vida. La exposición a contaminantes ambientales, el estrés psicológico, las elecciones o restricciones dietéticas, los hábitos de trabajo y el consumo de drogas o alcohol influyen en la epigenética de un individuo y en lo que puede transmitirse a sus futuros descendientes. [10] Estas exposiciones pueden afectar procesos importantes de la epigenética, como la metilación del ADN y la acetilación de histonas, lo que influye en el riesgo de enfermedades no transmisibles como la obesidad .
Los organismos responden al hábitat que los rodea de muchas maneras diferentes, una de ellas es cambiando su expresión genética a una que sea más adecuada para su entorno. La mayoría de las veces, esto tiene una correlación directa con la plasticidad fenotípica . La plasticidad fenotípica se produce cuando una especie desarrolla nuevas características físicas en respuesta al entorno en el que se encuentra. La transmisión de la epigenética relacionada con las divisiones celulares mitóticas permite creer en la posibilidad de que esto también se transmita de padres a hijos. Los padres podrían ser responsables del desarrollo de nuevos fenotipos en estos casos. [11]
La herencia epigenética se refiere a la transmisión o transferencia de información epigenética entre padres e hijos. Algunos creen que estos sucesos pueden transmitirse de generación en generación. Por ejemplo, el lenguaje que utiliza una especie determinada desarrolla un fenotipo específico que se transmitirá de generación en generación. [11]
La herencia cultural es un factor de comportamiento que se transmite de generación en generación, similar a la herencia. Por ejemplo, en las ratas, las madres que lamen y acicalan a sus crías transmiten un comportamiento específico a sus crías, lo que hace que éstas hagan lo mismo con la generación siguiente. La herencia epigenética está involucrada en esto, pero son cosas separadas que funcionan juntas. [11]
La replicación del ADN es un proceso altamente conservado que implica la copia de información genética de los padres de una generación a la siguiente. Dentro de este complejo proceso, la cromatina se desensambla y se vuelve a ensamblar de manera precisa y regulada para compactar grandes cantidades de material genético en el núcleo, manteniendo al mismo tiempo la integridad de la información epigenética transportada por las proteínas histonas unidas al ADN en el proceso de división celular . La mitad de las histonas presentes durante la replicación provienen de la cromatina que se encuentra en el ADN original y, por lo tanto, contienen la información epigenética de los padres. [12] Estas marcas epigenéticas desempeñan un papel fundamental en la determinación de la estructura de la cromatina y, por tanto, de la expresión genética en el ADN recién sintetizado. La otra mitad de las histonas presentes en la replicación se sintetizan recientemente.
Un importante mecanismo formativo de la modificación epigenética es la metilación del ADN . La metilación del ADN es el proceso de agregar un grupo metilo a una base de citosina en la cadena de ADN , mediante un enlace covalente . Este proceso se lleva a cabo mediante enzimas específicas . [13] Estas adiciones de metilo se pueden revertir en un proceso conocido como desmetilación . La presencia o ausencia de grupos metilo puede atraer proteínas involucradas en la represión genética o inhibir la unión de ciertos factores de transcripción, evitando así la transcripción de genes metilados y, en última instancia, afectando la expresión fenotípica. [14]
La acetilación es una reacción que introduce un grupo acetilo en un compuesto químico orgánico, típicamente sustituyendo un átomo de hidrógeno por un grupo acetilo. La desacetilación es la eliminación de un grupo acetilo de un compuesto químico orgánico. La acetilación y desacetilación de histonas afectan la estructura tridimensional de la cromatina . Una estructura de cromatina más relajada conduce a mayores tasas de transcripción genética, mientras que una estructura más estricta inhibe la transcripción.
La regulación transcripcional es un proceso complejo que implica la unión de la maquinaria transcripcional a proteínas reguladoras (específicamente proteínas remodeladoras o modificadoras de la cromatina) directamente sobre un objetivo específico. En ocasiones, esto puede verse facilitado por la contribución de complejos accesorios que funcionan principalmente para reprimir y activar la transcripción en una célula. La regulación transcripcional también se centra en la regulación epigenética de un locus objetivo, ya que el estado epigenético del locus determina la facilitación o prohibición de la transcripción. La regulación epigenética es necesaria para el despliegue preciso de programas transcripcionales. [15]