Investigación del mantenimiento del epigenoma tras el daño causado por los rayos ultravioleta
En las células de todos los organismos vivos, la actividad de los genes está controlada por un conjunto de proteínas histónicas y modificaciones químicas del ADN conocido como epigenoma. Sin embargo, se desconoce cómo se alteran las modificaciones epigenómicas tras un daño en el propio ADN y cómo ayudan a su reparación. «Se trata de un campo de investigación difícil, ya que el epigenoma abarca múltiples niveles de organización que pueden verse afectados por daños en el ADN», explica Sophie Polo(se abrirá en una nueva ventana), del Centro de Epigenética y Destino Celular, de la Universidad de París Cité y el Centro Nacional de Investigación Científica(se abrirá en una nueva ventana) (CNRS). «Además, algunas alteraciones del epigenoma pueden ser muy transitorias y, por tanto, difíciles de detectar», añade. En el proyecto REMIND, financiado por Consejo Europeo de Investigación(se abrirá en una nueva ventana), Polo y sus colegas trataron de colmar esta laguna de conocimiento mediante un amplio análisis temporal de las alteraciones del epigenoma en células humanas sometidas a daños por rayos ultravioleta (UV). Los investigadores pretendían averiguar algunos de los cambios moleculares que contribuyen a la reparación y restauración de la cromatina, el material del que están hechos los cromosomas.
Estudio del efecto epigenómico de los daños causados por los rayos UV
El equipo se centró en las características epigenómicas a tres niveles de las células de mamíferos que influyen en la activación o desactivación de los genes: las proteínas histonas, que alteran el grado de rigidez o soltura del ADN, la metilación del ADN, una modificación química que puede silenciar y desactivar genes, y las estructuras de orden superior de la cromatina que definen regiones funcionalmente distintas del genoma. Los estudios de laboratorio del proyecto investigaron los cambios en estos tres niveles tras la exposición a la radiación ultravioleta, tanto en células humanas cultivadas como en células de ratón. Los investigadores también establecieron varias metodologías novedosas, que les permitieron capturar la cromatina en los lugares de reparación de daños por rayos UV, antes de analizar las proteínas asociadas implicadas en las modificaciones de las histonas y el ADN. También pudieron rastrear la dinámica de las características del epigenoma y de los modificadores del epigenoma en los lugares dañados por la radiación UV al instante, utilizando imágenes de células vivas tras la irradiación UV local.
Descubrimiento de los mecanismos de mantenimiento del epigenoma durante la reparación del ADN
El equipo del proyecto realizó varios descubrimientos clave sobre los mecanismos subyacentes al mantenimiento del epigenoma, incluida la identificación de enzimas modificadoras de histonas (que realizan alteraciones químicas) y lectores de modificaciones de histonas (que leen las alteraciones químicas). Estas son reclutadas a los lugares de reparación de daños por rayos UV, junto con las chaperonas de histonas que coordinan la dinámica de las histonas viejas y nuevas en los lugares de reparación. El equipo descubrió una interacción fundamental entre las enzimas modificadoras de histonas y la deposición de histonas para salvaguardar la integridad de la cromatina de orden superior, y también analizó la maquinaria de mantenimiento que subyace a la metilación del ADN en los lugares de reparación de daños por rayos UV. «Tanto los hallazgos novedosos como las metodologías generadas a través de este proyecto son de gran interés para la comunidad científica que trabaja en la estabilidad del genoma y el epigenoma —afirma Polo—. Nuestros hallazgos amplían nuestros conocimientos sobre el mantenimiento del epigenoma tras un daño en el ADN a nivel mecánico».
Repercusión potencial en el envejecimiento y el cáncer
Los nuevos métodos desarrollados en el proyecto REMIND pueden seguir explorándose para estudiar otras características epigenómicas o componentes de la cromatina en respuesta al daño causado por los rayos UV u otros procesos nocivos. «Conocer en profundidad los actores que intervienen en el mantenimiento de la cromatina tras un daño en el ADN puede abrir estrategias para contrarrestar los efectos perjudiciales de la inestabilidad de la cromatina observados en el envejecimiento y el cáncer», señala Polo. El equipo continuará su trabajo explorando los cambios en la modificación de las histonas y sus funciones durante la reparación del daño causado por los rayos UV. «También ampliaremos nuestros horizontes estudiando el papel del ARN y las modificaciones del ARN en la respuesta al daño por rayos UV».
