Descubren una nueva forma de herencia impulsada por proteínas
Un hallazgo revolucionario demuestra que los amiloides, las mismas proteínas que se acumulan en el cerebro de los pacientes con alzhéimer, pueden transmitir rasgos hereditarios sin alterar el genoma. Este descubrimiento desafía la biología tradicional, que asocia la herencia los ácidos nucleicos, el ADN y el ARN.
Por Enrique Coperías
Los científicos han identificado un novedoso mecanismo de herencia epigenética orquetado opor proteínas en la especie de gusano nematodo Caenorhabditis elegans —arriba— que puede tener importantes aplicaciones en la salud humana.
Investigadores del Departamento de Genética Molecular de la Universidad de Toronto, en Canadá, han identificado un novedoso mecanismo de herencia epigenética en la especie de gusano nematodo Caenorhabditis elegans. Este hallazgo, que desafía las nociones tradicionales sobre cómo se transmiten los rasgos de un ser vivo, ha sido reconocido con la portada de la prestigiosa revista Nature Cell Biology.
El estudio ha sido liderado por el profesor Brent Derry, del Departamento de Genética Molecular de la Facultad de Medicina de Temerty, y por Matthew Eroglu, que actualmente es científico investigador postdoctoral en la Universidad de Columbia. Estos y sus colegas estaban investigando las vías de señalización del cáncer cuando se toparon con un descubrimiento inesperado: algunos gusanos usados en los experimentos mostraban una disminución en su fertilidad y una feminización progresiva a lo largo de las generaciones.
Este fenómeno llevó a los investigadores a explorar más allá de la genética convencional, para adentrarse en el campo de la epigenética. De forma resumida podemos decir que esta consiste el estudio de los cambios en la expresión de los genes que no alteran la secuencia del ADN, pero que pueden heredarse.
Los cambios epigenéticos pueden heredarse
Dichos cambios epigenéticos vienen influenciados por factores ambientales, el estilo de vida y las experiencias, y funcionan activando o desactivando genes mediante mecanismos como la metilación del ADN —un proceso epigenético en el que se añaden grupos metilo a la secuencia del ADN, generalmente en regiones promotoras de los genes, para regular su expresión— o la modificación de las histonas.
Recordemos que las histonas son proteínas que empaquetan el ADN y regulan su acceso para la expresión génica. Sus modificaciones químicas pueden influir en qué genes se activan o silencian y, en algunos casos, estos cambios epigenéticos pueden heredarse a la siguiente generación.
Esta forma de poner genes en on y off resulta clave para entender cómo el entorno impacta en la biología sin modificar el material genético. Según Eroglu, primer autor del estudio, «empezamos con un enfoque distinto... solo para descubrir que algunos gusanos se volvían menos fértiles con el paso del tiempo».
Descubrimiento de los herasomas
Intrigado, Eroglu encontró que los amiloides—proteínas típicamente asociadas con enfermedades neurodegenerativas—podrían desempeñar un papel en la transmisión de rasgos hereditarios. En el caso del alzhéimer, los amiloides aparecen mal plegadas y se acumulan formando las llamadas placas β-amiloide en el cerebro.
Estos depósitos anormales dañan las neuronas, interfieren en la comunicación celular y desencadenan inflamación, lo que contribuye a la neurodegeneración y al deterioro cognitivo característico de esta demendia.
Más tarde, Eroglu y su equipo se toparon con estructuras inesperadas en la línea germinal de los gusanos, es decir, en las células que producen óvulos y espermatozoides. Dichas estructuras, bautizadas como herasomas, se manifestaban como manchas brillantes, debido a su autofluorescencia. Un análisis detallado confirmó que estos herasomas eran agregados de proteínas amiloides.
Herencia epigenética basada en proteínas
El equipo de investigación descubrió que los herasomas se acumulan cuando los genes mstr-1 y mstr-2 mutan, lo que altera la determinación del sexo en los gusanos. Como resultado, nematodos que deberían haber desarrollado rasgos masculinos terminaban mostrando características femeninas. Lo más sorprendente es que estos amiloides transmitían rasgos a futuras generaciones sin alterar un ápaice el ADN.
Hasta ahora, la herencia epigenética—en la que los rasgos se transmiten sin cambios directos en el ADN—se atribuía principalmente a pequeños ARN o modificaciones en la cromatina, la estructura en la que el ADN se organiza junto con proteínas, principalmente histonas, dentro del núcleo celular.
Sin embargo, este estudio sugiere que las proteínas, y en particular los amiloides, también pueden desempeñar un papel clave en la transmisión de información hereditaria.
Una nueva vía de transmisión de rasgos
Derry, supervisor del trabajo de Eroglu, destaca la importancia del hallazgo: «Matthew realmente nos mostró una nueva forma de herencia epigenética. Descubrimos que los amiloides pueden heredarse, lo que supone un avance revolucionario en el campo. Este descubrimiento cambia por completo nuestra forma de pensar sobre la transmisión de rasgos".
El hallazgo de la herencia amiloide no solo sorprendió al equipo de investigación, sino que también llamó la atención de la comunidad científica, como prueba que se convirtiera en la portada de Nature Cell Biology. Curiosamente, la imagen de la portada es la misma que Eroglu había establecido como fondo de pantalla de su teléfono años atrás.
«Tomé esa foto en el visor confocal en 2019 o 2020», comenta Eroglu. La imagen muestra un gusano en el momento exacto en que su sistema reproductivo cambia de producir esperma a producir óvulos, algo que simboliza a la perfección el descubrimiento.
Los gusanos C. elegans usados en el estudio llegaron a la portada de la revista Nature Cell Biology.
Aunque esta investigación se centra en gusanos, abre interrogantes sobre su posible aplicación en la salud humana. En particular, el hallazgo podría tener relevancia para enfermedades como el alzhéimer, donde la acumulación de amiloides es un factor clave en la aparición y la evolución de esta demencia.
Además, podría ayudar a explicar ciertos casos de herencia de rasgos en humanos en los que no se han identificado mutaciones genéticas claras, un fenómeno conocido como falta de heredabilidad.
«Hay muchos rasgos y trastornos que sabemos que se transmiten de padres a hijos si observamos los árboles genealógicos, pero cuando se han realizado estudios de asociación de genoma completo, a menudo no se encuentran correlaciones genéticas claras», dice Eroglu en un comunicado de la Universidad de Toronto.
Futuro de la investigación en herencia alternativa
Este estudio abre nuevas puertas para entender cómo ciertos rasgos o enfermedades podrían heredarse en el ser humano a través de mecanismos distintos al ADN. «Una de las implicaciones de nuestro trabajo podría ser que este mecanismo explique la falta de heredabilidad — reflexiona Eroglu—. Estamos descubriendo una vía alternativa de herencia epigenética basada en proteínas».
«¿Quién sabe qué más podríamos descubrir? ¿Podría este mecanismo ayudar a predecir ciertas enfermedades que antes no podían explicarse solo con el ADN?», se pregunta este investigador.
Sin duda alguna, el descubrimiento de la herencia amiloide marca un cambio de paradigma en la biología y promete revolucionar nuestra comprensión de la transmisión de rasgos hereditarios, no solo en gusanos, sino potencialmente en los seres humanos.▪️
Información facilitada por la Universidad de Toronto
Fuente: Eroglu, M., Zocher, T., McAuley, J. et al. Noncanonical inheritance of phenotypic information by protein amyloids. Nature Cell Biology (2024). DOI: https://doi.org/10.1038/s41556-024-01494-9
