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Biología
Grado de Medicina
Marcelo Andrade Silami
Jonathan Mañas Tomás
Francesc Quilis i Gómez
¿Qué es la epigenética?
 Etimología. Prefijo griego ἐπι-
 Definiciones:
 1942 – C.H. Paddington: “the causal mechanisms by
which the genes of the genotype bring about phenotypic
effects”.
 1996 – A.D.Riggs: “the study of mitotically and/or
meiotically heritable changes in gene function that
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(esquizofrenia)
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En definitiva…
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 Darwin: Evolución
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Siglo XXI
 Epigenética
Vamos a ver tres mecanismos:
Metilación del DNA
Modificación de histonas
Silenciamiento génico
Metilación del DNA
Conceptos previos
 DNA: la información genética se codifica en una
cadena de nucleótidos.
 Nucleótido: Unión covalente de:
Desoxirribosa + Base nitrogenada + Grupo Fosfato
G, A, T, C p
Veámoslo gráficamente…
 Bases nitrogenadas:
 G: Guanina
 A: Adenina
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 C: Citosina
Más conceptos…
 Sitios CpG
 C: nucleótido de Citosina
 p: grupo fosfato
 G: nucleótido de Guanina
 Islas CpG: regiones del genoma con alta
concentración de sitios CpG
Tres conceptos más…
 Promotor: la región del ADN que inicia la
transcripción de un gen determinado.
 Islas CpG: se concentran especialmente en la región
promotora de los genes.
 Metilación: añadir un grupo metilo (-CH3) a una
molécula
Combinemos los conceptos:
 Metilación del DNA  ocurre en las islas CpG
 Citosina se convierte en 5-metilcitosina
 Islas CpG (región promotora)  la metilación del
DNA implica la pérdida de la expresión génica
¿Y para qué sirve saber esto?
 Antes de contestar… un concepto más:
 TSG: Tumor Suppressor Genes
 Si la metilación del DNA (en las islas CpG) afecta la
expresión génica…
 ¿Qué pasa si se dejan de expresar los TSGs?
Veámoslo gráficamente…
Pues sirve para dos cosas:
 1. Detección precoz. Ejemplos:
 TSGs metilados en el esputo: cáncer de pulmón
 TSGs metilados en la orina: cáncer de próstata
 2. Desarrollo de tratamientos basados en terapias
con agentes desmetiladores.
Modificación de histonas
Conceptos previos
Nucleosoma
Cromatina
Heterocromatina y eucromatina
Tipos de modificaciones
• Acetilación
• Fosforilación
• Metilación
• Ubiquitinación
Histonas
Nucleosomas
¿Cómo ocurre la modificación?
Acetilación - Desacetilación
Cáncer y alcohol
Fosforilación
Metilación
Síndrome de Kabuki
a: rasgos faciales de un varón de 11
meses con síndrome de Kabuki.
b: persistencia del almohadillado fetal
en el pulpejo de dedos de un varón de
11 meses con síndrome de Kabuki.
RNA interferente
UNA REVOLUCIÓN
SILENCIOSA...
Dogma central de la Biología
Años 90: Grupos de investigadores buscan la ruta
de biosíntesis de pigmentos
Andrew Fire y Craig Mello
(Premio Nobel de 2006)
Estudios de la expresión génica en gusanos nematodos
¡¡¡SORPRESA!!!
¡¡¡La inyección de
RNA silenciaba un
gen específico!!!
Floreció el campo de los siRNA
 Se describió con detalle
el mecanismo de acción
del siRNA
 Se descubrió que
participan en la defensa
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 Participan en procesos
biológicos a nivel celular
 Los siRNA estaban en
todos los organismos de
forma casi universal
Esto nos hace plantearnos un
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¿De qué nos sirve silenciar un gen?
 Para conocer la función de un gen en
concreto
 Para limitar la invasión de genes extraños
 Para impedir la expresión de genes propios,
como por ejemplo los oncogenes
Aplicaciones terapéuticas del siRNA
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 Cáncer
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Potencialidades y retos futuros del siRNA
 Lograr una mejor estabilidad de los siRNA
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liberación en el organismo
 Disminuir los efectos off-target para poder
comercializarlos como fármacos
terapéuticos
Bibliografía
Penner, M.R., T.L. Roth, M.K. Chawla, L.T. Hoang, E.D. Roth,
F.D. Lubin J.D. Sweatt, P.F. Worley, and C.A. Barnes. 2011.
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methylation within the hippocampus. Neurobiology of Aging.
32:2198-2210
Morishita, M.; di Luccio, E. Cancers and the NSD family of
histone lysine methyltransferases. BBA - Reviews on Cancer
vol. 1816 issue 2 December, 2011. p. 158-163
Meng, H.T.; Shields, P.G.; Jing, N., Marian, C.; McCann, S.E.;
Millen, A.; Ambrosone, C.; Hutson, A.; Edge, S.B.; Krishnan,
S.S.; Bin, X.; Winston, J.; Vito, D.; Russell, M.; Nochajski,
T.H.; Trevisan, M.; and Freudenheim, J.L. "Alcohol
consumption in relation to DNA aberrant methylation in
breast tumors," Alcohol. 2011 Nov;45(7):689-99. doi:
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modifiers in myeloid malignancies and the prospect of novel
epigenetic-targeted therapy”. Adv Hematol. 2012;
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de la expresión génica”. Presentación del Departament de
Genètica, Facultat de Biologia, Universitat de Barcelona.
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epigenetic control of gene expression”. The Obstetrician &
Gynaecologist 2010;12:37–42
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investigación del epigenoma. www.epigenome.eu.
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10.1371/journal.pone.0046036. Epub 2012 Sep 28.
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Jaenisch R, Bird A. 2003. Epigenetic regulation of gene expression: how
the genome integrates intrinsic and environmental signals. 33:245-54.
Jirtle R. & Skinner,M. 2007, Environmental epigenomics and disease
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Godfrey, K., Lillycrop, K., Burdge, G., Gluckman, P. & Hanson M. 2007.
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origins of health and disease. Pediatr Res. 61:5R-10R.
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26(6):4271-8.
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fertilization with Beckwith–Wiedemann syndrome and epigenetic
alterations of LIT1 and H19. Am. J. Hum. Genet. 72: 156-160.
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for Preclinical Detection of Hepatocellular Carcinoma: Potential for
Noninvasive Screening of High-Risk Populations. Clinical Cancer Research.
13: 2309-2312.
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the molecular pathogenesis of T-cell acute lymphoblastic leukaemia. Nat Rev
Cancer. 6:347–59.
Goldberg AD, Allis D, Bernstein E. Epigenetics: A landscape takes shape.
Cell 2007;128:635-638

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Epigentica

  • 1. Biología Grado de Medicina Marcelo Andrade Silami Jonathan Mañas Tomás Francesc Quilis i Gómez
  • 2. ¿Qué es la epigenética?  Etimología. Prefijo griego ἐπι-  Definiciones:  1942 – C.H. Paddington: “the causal mechanisms by which the genes of the genotype bring about phenotypic effects”.  1996 – A.D.Riggs: “the study of mitotically and/or meiotically heritable changes in gene function that cannot be explained by changes in DNA sequence”.
  • 3. Ahora, vamos a entenderlo Hardware
  • 4. Otra manera de verlo Epigenética Genética
  • 5. Antes de seguir, una recomendación…
  • 6. Epigenética en acción Hambruna holandesa de 1944 Gemelos monocigóticos (esquizofrenia) Maltrato infantil
  • 7. En definitiva…  Siglo XIX  Darwin: Evolución  Mendel: Genética Siglo XX  Watson y Crick: DNA Siglo XXI  Epigenética
  • 8. Vamos a ver tres mecanismos: Metilación del DNA Modificación de histonas Silenciamiento génico
  • 10. Conceptos previos  DNA: la información genética se codifica en una cadena de nucleótidos.  Nucleótido: Unión covalente de: Desoxirribosa + Base nitrogenada + Grupo Fosfato G, A, T, C p
  • 11. Veámoslo gráficamente…  Bases nitrogenadas:  G: Guanina  A: Adenina  T: Timina  C: Citosina
  • 12. Más conceptos…  Sitios CpG  C: nucleótido de Citosina  p: grupo fosfato  G: nucleótido de Guanina  Islas CpG: regiones del genoma con alta concentración de sitios CpG
  • 13. Tres conceptos más…  Promotor: la región del ADN que inicia la transcripción de un gen determinado.  Islas CpG: se concentran especialmente en la región promotora de los genes.  Metilación: añadir un grupo metilo (-CH3) a una molécula
  • 14. Combinemos los conceptos:  Metilación del DNA  ocurre en las islas CpG  Citosina se convierte en 5-metilcitosina  Islas CpG (región promotora)  la metilación del DNA implica la pérdida de la expresión génica
  • 15. ¿Y para qué sirve saber esto?  Antes de contestar… un concepto más:  TSG: Tumor Suppressor Genes  Si la metilación del DNA (en las islas CpG) afecta la expresión génica…  ¿Qué pasa si se dejan de expresar los TSGs?
  • 17. Pues sirve para dos cosas:  1. Detección precoz. Ejemplos:  TSGs metilados en el esputo: cáncer de pulmón  TSGs metilados en la orina: cáncer de próstata  2. Desarrollo de tratamientos basados en terapias con agentes desmetiladores.
  • 20. Tipos de modificaciones • Acetilación • Fosforilación • Metilación • Ubiquitinación
  • 23. ¿Cómo ocurre la modificación?
  • 28. Síndrome de Kabuki a: rasgos faciales de un varón de 11 meses con síndrome de Kabuki. b: persistencia del almohadillado fetal en el pulpejo de dedos de un varón de 11 meses con síndrome de Kabuki.
  • 30. Dogma central de la Biología
  • 31. Años 90: Grupos de investigadores buscan la ruta de biosíntesis de pigmentos
  • 32. Andrew Fire y Craig Mello (Premio Nobel de 2006) Estudios de la expresión génica en gusanos nematodos
  • 33. ¡¡¡SORPRESA!!! ¡¡¡La inyección de RNA silenciaba un gen específico!!!
  • 34. Floreció el campo de los siRNA  Se describió con detalle el mecanismo de acción del siRNA  Se descubrió que participan en la defensa contra infecciones virales  Participan en procesos biológicos a nivel celular  Los siRNA estaban en todos los organismos de forma casi universal
  • 35. Esto nos hace plantearnos un nuevo dogma
  • 36. ¿De qué nos sirve silenciar un gen?  Para conocer la función de un gen en concreto  Para limitar la invasión de genes extraños  Para impedir la expresión de genes propios, como por ejemplo los oncogenes
  • 37. Aplicaciones terapéuticas del siRNA  Enfermedades metabólicas  Virus de Inmunodeficiencia Humana (VIH) y Hepatitis C  Cáncer  Desórdenes genéticos  Huntington y otras enfermedades neurodegenerativas
  • 38. Potencialidades y retos futuros del siRNA  Lograr una mejor estabilidad de los siRNA  Mejorar la eficiencia de los métodos de liberación en el organismo  Disminuir los efectos off-target para poder comercializarlos como fármacos terapéuticos
  • 39. Bibliografía Penner, M.R., T.L. Roth, M.K. Chawla, L.T. Hoang, E.D. Roth, F.D. Lubin J.D. Sweatt, P.F. Worley, and C.A. Barnes. 2011. Age-related changes in Arc transcription and DNA methylation within the hippocampus. Neurobiology of Aging. 32:2198-2210 Morishita, M.; di Luccio, E. Cancers and the NSD family of histone lysine methyltransferases. BBA - Reviews on Cancer vol. 1816 issue 2 December, 2011. p. 158-163 Meng, H.T.; Shields, P.G.; Jing, N., Marian, C.; McCann, S.E.; Millen, A.; Ambrosone, C.; Hutson, A.; Edge, S.B.; Krishnan, S.S.; Bin, X.; Winston, J.; Vito, D.; Russell, M.; Nochajski, T.H.; Trevisan, M.; and Freudenheim, J.L. "Alcohol consumption in relation to DNA aberrant methylation in breast tumors," Alcohol. 2011 Nov;45(7):689-99. doi: 10.1016/j.alcohol.2010.11.006. Epub 2010 Dec 18.. Fathi A.T., Abdel-Wahab O. “Mutations in epigenetic modifiers in myeloid malignancies and the prospect of novel epigenetic-targeted therapy”. Adv Hematol. 2012; 2012:469592. Epub 2011 Jun 26. Serra Camó, Lluís. “Mecanismos epigenéticos de regulación de la expresión génica”. Presentación del Departament de Genètica, Facultat de Biologia, Universitat de Barcelona. Lim D.H.K., Maher E.R. “DNA methylation: a form of epigenetic control of gene expression”. The Obstetrician & Gynaecologist 2010;12:37–42 ¿Epigenética? Folleto 2006. Red de excelencia para la investigación del epigenoma. www.epigenome.eu. Feinberg AP, Tycko B. The history of cancer epigenetics. Nat Rev Cancer 2004;4:143-153 Mochizuki K, Tachibana M, Saitou M, Tokitake Y, Matsui Y. “Implication of DNA demethylation and bivalent histone modification for selective gene regulation in mouse primordial germ cells”. PLoS One. 2012;7(9):e46036. doi: 10.1371/journal.pone.0046036. Epub 2012 Sep 28. Kaminker, P. 2007. Epigenetics: the science of heritable biological adaptation Arch Argent Pediatr. 105(6): 529-531. Jaenisch R, Bird A. 2003. Epigenetic regulation of gene expression: how the genome integrates intrinsic and environmental signals. 33:245-54. Jirtle R. & Skinner,M. 2007, Environmental epigenomics and disease susceptibility. Nat Rev Genet 2007; 8(4):253-62. Godfrey, K., Lillycrop, K., Burdge, G., Gluckman, P. & Hanson M. 2007. Epigenetic mechanisms and the mismatch concept of the developmental origins of health and disease. Pediatr Res. 61:5R-10R. Ting, A., McGarvey, K. & Baylin, S. 2006. The cancer epigenome components and functional correlates. Genes Dev. 20(23):3215-31. O’Driscoll, L. 2006. The emerging world of microRNAs. Anticancer Res. 26(6):4271-8. De Baun, M., Niemitz, E. & Feinberg, A. P. 2003. Association of in vitro fertilization with Beckwith–Wiedemann syndrome and epigenetic alterations of LIT1 and H19. Am. J. Hum. Genet. 72: 156-160. Rivenbark, A. G. & Coleman, W. B. 2007. The Use of Epigenetic Biomarkers for Preclinical Detection of Hepatocellular Carcinoma: Potential for Noninvasive Screening of High-Risk Populations. Clinical Cancer Research. 13: 2309-2312. Grabher, C., Von Boehmer, H. & Look, A. 2006. Notch 1 activation in the molecular pathogenesis of T-cell acute lymphoblastic leukaemia. Nat Rev Cancer. 6:347–59. Goldberg AD, Allis D, Bernstein E. Epigenetics: A landscape takes shape. Cell 2007;128:635-638