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La importancia de la compatibilidad: la combinación adecuada de padres puede desactivar un gen de forma indefinida

imagen: Investigadores de la UMD han descubierto que el mismo gen para la expresión de una proteína roja fluorescente siempre se expresa (ON), cuando se hereda de la madre, pero cuando se hereda de … Más

Crédito: Anthony Jose / UMD

La evidencia sugiere que lo que sucede en una generación (dieta, exposición a toxinas, trauma, miedo) puede tener efectos duraderos en las generaciones futuras. Los científicos creen que estos efectos son causados ​​por cambios epigenéticos que ocurren en respuesta al ambiente y que activan o desactivan los genes sin cambiar el genoma o la secuencia del ADN.

Pero no se ha entendido cómo estos cambios se transmiten entre generaciones, en parte, porque los científicos no tenían una forma sencilla de estudiar el fenómeno. Un nuevo estudio realizado por investigadores de la Universidad de Maryland proporciona una herramienta potencial para desentrañar el misterio de cómo los experimentos pueden causar cambios genéticos en la biología animal. Al aparearse con los nematodos, produjeron cambios genéticos permanentes que duraron más de 300 generaciones. La investigación fue publicada en la revista el 9 de julio de 2021. Conexiones con la naturaleza.

“Hay mucho interés en la epigenética”, dijo Anthony Jose, profesor asistente de biología celular y genética molecular en la UMD y autor principal del estudio. “Pero obtener respuestas claras es difícil. Por ejemplo, si estoy a dieta hoy, ¿cómo afecta a mis hijos, nietos, etc.? Nadie lo sabe, porque hay tantas variables diferentes. Pero encontramos esto muy simple forma, desde durante el apareamiento, hasta desactivar un gen durante varias generaciones. Esto nos da una gran oportunidad para estudiar cómo se producen estos cambios epigenéticos estables “.

En el nuevo estudio, José y su equipo encontraron mientras criaban nematodos que ciertos cruces conducían a cambios genéticos en la descendencia que continuaron transmitiéndose durante muchas generaciones a medida que los científicos continuaban criándolos. Este descubrimiento permitirá a los científicos explorar cómo se transmiten los cambios epigenéticos a las generaciones futuras y qué características hacen que los genes sean susceptibles a cambios epigenéticos permanentes.

José y su equipo comenzaron este trabajo en 2013, mientras trabajaban con el nematodo Caenorhabditis elegans (C. elegans), una especie que se usa a menudo como modelo para comprender la biología animal. Los científicos han observado que los gusanos se reproducen para llevar un gen al que llaman T, que produce proteínas fluorescentes, a veces brillantes y otras no. Esto fue desconcertante porque los destellos y los no destellos tenían un ADN casi idéntico.

“Todo comenzó cuando encontramos un gen raro que sufrió un cambio permanente durante cientos de generaciones una vez que se aparearon. Podríamos haberlo perdido fácilmente”, dijo Sindhuja Devanapally (PhD 18, Ciencias Biológicas), coautor. de estudio y ahora es un becario postdoctoral en la Universidad de Columbia.

Para comprender mejor este fenómeno, los investigadores llevaron a cabo experimentos de reproducción en los que solo la madre o el padre portaban el gen fluorescente. El equipo predijo que sin importar qué padre portara el gen, la descendencia brillaría. En cambio, encontraron que cuando la madre portaba el gen fluorescente, la descendencia siempre brillaba, lo que significa que el gen siempre estaba encendido. Pero cuando el padre es portador del gen, la descendencia generalmente brilla débilmente o no brilla en absoluto.

“Descubrimos que existen estas señales basadas en ARN que controlan la expresión génica”, dijo José. “Algunas de estas señales silencian el gen y otras son señales protectoras que evitan el silenciamiento. Estas señales lo eliminan a medida que se desarrolla la descendencia. Cuando el gen proviene de la madre, la señal protectora siempre gana, pero cuando el gen proviene del padre, la señal de silenciamiento siempre gana “.

Cuando gana la señal de silenciamiento, el gen se silencia para siempre, o durante al menos 300 generaciones, que es el tiempo que Gus y sus colegas siguieron a los gusanos criados en laboratorio. Los ejemplos anteriores de cambios epigenéticos fueron más complejos o no duraron más de dos generaciones. Los investigadores aún no saben por qué el silenciamiento de señales ganó solo por un tiempo, pero este nuevo descubrimiento los coloca en una posición mucho mejor que nunca para explorar los detalles de la epigenética.

“Si bien encontramos un conjunto de genes que pueden silenciarse casi permanentemente, la mayoría de los demás genes no se ven afectados de la misma manera”, dijo el otro coautor del estudio, Pravrutha Raman (PhD19, Ciencias Biológicas), ahora becario postdoctoral en el Centro de Investigación Fred Hutchinson. Cáncer. “Después de ser silenciados, regresan y se reencarnan en las generaciones futuras”.

Con sus nuevos hallazgos, los investigadores ahora creen que algunos genes podrían ser más susceptibles a cambios genéticos permanentes, mientras que otros genes se recuperan en unas pocas generaciones. Aunque los estudios de gusanos no son los mismos que los realizados en humanos, la investigación proporciona una ventana a los procesos biológicos que probablemente sean compartidos, al menos en parte, por todos los animales.

“La gran ventaja que tenemos ahora de este trabajo es que este cambio genético a largo plazo es fácil de lograr mediante el cruzamiento, y ocurre a nivel de un solo gen”, dijo José. “Ahora podemos manipular este gen y controlarlo todo, lo que nos permitirá identificar las características que hacen que el gen sea susceptible o resistente al cambio genético secuencial”.

José y sus colegas esperan que los estudios futuros puedan algún día ayudar a los científicos a identificar genes humanos susceptibles a cambios epigenéticos a largo plazo.

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Este trabajo fue apoyado por los Institutos Nacionales de Salud (Premios Nos. R01GM111457 y R01GM124356). El contenido de este artículo no refleja necesariamente las opiniones de esta organización.

Otros autores del estudio de la UMD incluyen un doctorado en ciencias biológicas. Nominada Mary Chi, Samual Allgood (BS ’15, Ciencias Biológicas), Farida Ettefa (BS ’18, Bioquímica), Maïgane Diop (BS ’20, Ciencias Biológicas), Yixin Lin (BS ’19, Ciencias Biológicas; M.Ed 20 ), Yongyi E Cho (BS ’20, Ciencias Biológicas; BA ’20, Filosofía).

El 9 de julio se publicó el artículo de investigación, El apareamiento puede iniciar el silenciamiento estable del ARN que supera la recuperación epigenética, Sindhuja Devanapally, Pravrutha Raman, Mary Chey, Samual Allgood, Farida Ettefa, Maïgane Diop, Yixin Lin, Yongyi E Cho y Antony M Jose. , 2021, en la revista Conexiones con la naturaleza.

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