Cuando los organismos transmiten sus genes a las generaciones futuras, incluyen más que el código escrito en el ADN. Algunos también transmiten marcadores químicos que indican a las células cómo utilizar ese código.
por el laboratorio Cold Spring Harbor
El paso de estos marcadores a las generaciones futuras se conoce como herencia epigenética. Es particularmente común en las plantas. Por lo tanto, los hallazgos importantes aquí pueden tener implicaciones para la agricultura, el suministro de alimentos y el medio ambiente.
Los profesores del Laboratorio Cold Spring Harbor (CSHL) e investigadores del HHMI, Rob Martienssen y Leemor Joshua-Tor, han estado investigando cómo las plantas transmiten los marcadores que mantienen inactivos a los transposones. Los transposones también se conocen como genes saltarines. Cuando se activan, pueden moverse y alterar otros genes. Para silenciarlos y proteger el genoma, las células añaden marcas reguladoras a sitios específicos del ADN. Este proceso se llama metilación. La investigación ha sido publicada en la revista Cell .
Martienssen y Joshua-Tor han demostrado ahora cómo la proteína DDM1 deja paso a la enzima que coloca estas marcas en nuevas cadenas de ADN. Las células vegetales necesitan DDM1 porque su ADN está estrechamente empaquetado. Para mantener sus genomas compactos y ordenados, las células envuelven su ADN alrededor de proteínas llamadas histonas. «Pero eso bloquea el acceso al ADN de todo tipo de enzimas importantes», explica Martienssen. Antes de que pueda ocurrir la metilación, «hay que quitar o deslizar las histonas fuera del camino».
Martienssen y el ex colega de CSHL Eric Richards descubrieron por primera vez el DDM1 hace 30 años. Desde entonces, los investigadores han aprendido que desliza el ADN a lo largo de sus proteínas de embalaje para exponer los sitios que necesitan metilación. Martienssen compara el movimiento con un yo-yo deslizándose a lo largo de una cuerda. Las histonas «pueden moverse hacia arriba y hacia abajo en el ADN, exponiendo partes del ADN a la vez, pero nunca cayendo», explica.
A través de experimentos genéticos y bioquímicos, Martienssen identificó las histonas exactas que desplaza DDM1. Joshua-Tor utilizó microscopía crioelectrónica para capturar imágenes detalladas de la enzima que interactúa con el ADN y las proteínas empaquetadoras asociadas. Pudieron ver cómo DDM1 se agarra a histonas particulares para remodelar el ADN empaquetado. «Un vínculo inesperado que une a DDM1 resultó corresponder a la primera mutación encontrada hace tantos años», dice Joshua-Tor.
Los experimentos también revelaron cómo la afinidad de DDM1 por ciertas histonas preserva los controles epigenéticos a través de generaciones. El equipo demostró que una histona que se encuentra sólo en el polen es resistente al DDM1 y actúa como marcador de posición durante la división celular. «Recuerda dónde estaba la histona durante el desarrollo de la planta y retiene esa memoria en la siguiente generación», dice Martienssen.
Puede que las plantas no estén solas aquí. Los humanos también dependen de proteínas similares a DDM1 para mantener la metilación del ADN. El nuevo descubrimiento puede ayudar a explicar cómo esas proteínas mantienen nuestros genomas funcionales e intactos.
Más información: Robert A. Martienssen, La remodelación de cromatina de las variantes de histona H3 por DDM1 subyace a la herencia epigenética de la metilación del ADN, Cell (2023). DOI: 10.1016/j.cell.2023.08.001 . www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(23)00855-3
