Herencia epigenética transgeneracional - Transgenerational epigenetic inheritance
La herencia epigenética transgeneracional es la transmisión de marcadores epigenéticos de un organismo al siguiente (es decir, de padre a hijo) que afecta los rasgos de la descendencia sin alterar la estructura primaria del ADN (es decir, la secuencia de nucleótidos), es decir, epigenéticamente . El término menos preciso "herencia epigenética" puede abarcar la transferencia de información tanto de célula a célula como de organismo a organismo. Aunque estos dos niveles de herencia epigenética son equivalentes en organismos unicelulares , pueden tener distintos mecanismos y distinciones evolutivas en organismos multicelulares .
Los factores ambientales pueden inducir las marcas epigenéticas (etiquetas epigenéticas) para algunos rasgos influenciados epigenéticamente, mientras que algunas marcas son heredables, lo que lleva a algunos a considerar que con la epigenética, la biología moderna ya no rechaza la herencia de las características adquiridas (lamarckismo) con tanta fuerza como antes. hizo.
Categorías epigenéticas
Se conocen cuatro categorías generales de modificación epigenética:
- bucles metabólicos autosostenidos, en los que un ARNm o un producto proteico de un gen estimula la transcripción del gen; por ejemplo, gen Wor1 en Candida albicans ;
- plantillas estructurales en las que las estructuras se replican utilizando una plantilla o estructura de andamio en el padre; por ejemplo, la orientación y arquitectura de las estructuras citoesqueléticas, cilios y flagelos, priones , proteínas que se replican cambiando la estructura de las proteínas normales para que coincidan con las suyas propias;
- marcas de cromatina , en las que los grupos metilo o acetilo se unen a nucleótidos o histonas de ADN alterando así los patrones de expresión génica; por ejemplo, el gen Lcyc en Linaria vulgaris descrito a continuación;
- Silenciamiento de ARN , en el que pequeñas cadenas de ARN interfieren ( ARNi ) con la transcripción del ADN o la traducción del ARNm; conocido solo por unos pocos estudios, principalmente en Caenorhabditis elegans .
Herencia de marcas epigenéticas
Aunque existen varias formas de heredar marcadores epigenéticos, la herencia de marcadores epigenéticos se puede resumir como la diseminación de información epigenética por medio de la línea germinal. Además, la variación epigenética generalmente toma una de cuatro formas generales, aunque hay otras formas que aún no se han dilucidado. Actualmente, los circuitos de retroalimentación autosostenidos, las plantillas espaciales, el marcado de cromatina y las vías mediadas por ARN modifican los epigenes de las células individuales. La variación epigenética dentro de los organismos multicelulares es endógena o exógena. Lo endógeno se genera mediante la señalización célula-célula (p. Ej., Durante la diferenciación celular en las primeras etapas del desarrollo), mientras que lo exógeno es una respuesta celular a las señales ambientales.
Eliminación vs retención
En los organismos que se reproducen sexualmente, gran parte de la modificación epigenética dentro de las células se restablece durante la meiosis (p. Ej., Marcas en el locus FLC que controla la vernalización de la planta), aunque se ha demostrado que se conservan algunas respuestas epigenéticas (p. Ej., Metilación de transposones en plantas). La herencia diferencial de marcas epigenéticas debido a sesgos maternos o paternos subyacentes en los mecanismos de eliminación o retención puede llevar a la asignación de causalidad epigenética a algunos efectos de origen en animales y plantas.
Reprogramación
En los mamíferos, las marcas epigenéticas se borran durante dos fases del ciclo de vida. En primer lugar, justo después de la fertilización y, en segundo lugar, en las células germinales primordiales en desarrollo, las precursoras de los futuros gametos. Durante la fertilización, los gametos masculinos y femeninos se unen en diferentes estados del ciclo celular y con diferentes configuraciones del genoma. Las marcas epigenéticas del macho se diluyen rápidamente. Primero, las protaminas asociadas con el ADN masculino se reemplazan con histonas del citoplasma de la mujer , la mayoría de las cuales se acetilan debido a una mayor abundancia de histonas acetiladas en el citoplasma de la mujer o mediante la unión preferencial del ADN masculino a las histonas acetiladas. En segundo lugar, el ADN masculino se desmetila sistemáticamente en muchos organismos, posiblemente a través de 5-hidroximetilcitosina . Sin embargo, algunas marcas epigenéticas, en particular la metilación del ADN materno, pueden escapar a esta reprogramación; que conduce a la impronta paterna.
En las células germinales primordiales (PGC) hay un borrado más extenso de información epigenética. Sin embargo, algunos sitios raros también pueden evadir el borrado de la metilación del ADN. Si las marcas epigenéticas eluden el borrado durante los eventos de reprogramación cigótica y PGC, esto podría permitir la herencia epigenética transgeneracional.
El reconocimiento de la importancia de la programación epigenética para el establecimiento y la fijación de la identidad de la línea celular durante la embriogénesis temprana ha estimulado recientemente el interés en la eliminación artificial de la programación epigenética. Las manipulaciones epigenéticas pueden permitir la restauración de la totipotencia en las células madre o células en general, generalizando así la medicina regenerativa .
Retencion
Los mecanismos celulares pueden permitir la transmisión conjunta de algunas marcas epigenéticas. Durante la replicación, las ADN polimerasas que trabajan en las cadenas principales y rezagadas se acoplan mediante el antígeno nuclear celular proliferante del factor de procesividad del ADN (PCNA), que también se ha implicado en el patrón y la diafonía de las cadenas que permite la fidelidad de copia de las marcas epigenéticas. El trabajo sobre la fidelidad de la copia de modificación de histonas se ha mantenido en la fase del modelo, pero los primeros esfuerzos sugieren que las modificaciones de las nuevas histonas siguen el patrón de las de las antiguas y que las nuevas y las antiguas se clasifican aleatoriamente entre las dos cadenas de ADN hijas. Con respecto a la transferencia a la siguiente generación, muchas marcas se eliminan como se describe anteriormente. Los estudios emergentes están encontrando patrones de conservación epigenética a lo largo de generaciones. Por ejemplo, los satélites centroméricos resisten la desmetilación. Se desconoce el mecanismo responsable de esta conservación, aunque algunas evidencias sugieren que la metilación de histonas puede contribuir. También se identificó la desregulación del tiempo de metilación del promotor asociada con la desregulación de la expresión génica en el embrión.
Decaer
Mientras que la tasa de mutación en un gen de 100 bases dado puede ser de 10 a 7 por generación, los epigenes pueden "mutar" varias veces por generación o pueden estar fijos durante muchas generaciones. Esto plantea la pregunta: ¿los cambios en las frecuencias de los epígenos constituyen la evolución? Los efectos epigenéticos en rápida descomposición sobre los fenotipos (es decir, que duran menos de tres generaciones) pueden explicar parte de la variación residual en los fenotipos después de que se tienen en cuenta el genotipo y el medio ambiente. Sin embargo, sigue siendo un desafío distinguir estos efectos a corto plazo de los efectos del entorno materno en la ontogenia temprana .
Contribución a los fenotipos
La importancia relativa de la herencia genética y epigenética está sujeta a debate. Aunque se han publicado cientos de ejemplos de modificación epigenética de fenotipos, se han realizado pocos estudios fuera del laboratorio. Por lo tanto, las interacciones de genes y epigenes con el medio ambiente no se pueden inferir a pesar del papel central del medio ambiente en la selección natural. Las metodologías experimentales para manipular los mecanismos epigenéticos son incipientes (por ejemplo) y necesitarán una demostración rigurosa antes de que los estudios que prueben explícitamente las contribuciones relativas del genotipo, el entorno y el epigenotipo sean factibles.
En plantas
Los estudios sobre la herencia epigenética transgeneracional en plantas se han informado ya en la década de 1950. Uno de los ejemplos más tempranos y mejor caracterizados de esto es la paramutación b1 en el maíz. El gen b1 codifica un factor de transcripción hélice-bucle-hélice básico que participa en la vía de producción de antocianinas . Cuando se expresa el gen b1, la planta acumula antocianina dentro de sus tejidos, lo que produce una coloración púrpura de esos tejidos. El alelo BI (para B-Intense) tiene una alta expresión de b1 que da como resultado la pigmentación oscura de los tejidos de la vaina y la cáscara, mientras que el alelo B '(pronunciado B-prime) tiene una baja expresión de b1 que da como resultado una baja pigmentación en esos tejidos. Cuando los padres homocigotos BI se cruzan con homocigotos B ', la descendencia F1 resultante muestra una pigmentación baja que se debe al silenciamiento génico de b1. Inesperadamente, cuando las plantas F1 se autocruzan, la generación F2 resultante muestra una pigmentación baja y tiene niveles bajos de expresión de b1. Además, cuando cualquier planta F2 (incluidas las que son genéticamente homocigotas para BI) se cruza con BI homocigotas, la descendencia mostrará una pigmentación baja y expresión de b1. La falta de individuos de pigmentación oscura en la progenie F2 es un ejemplo de herencia no mendeliana y la investigación adicional ha sugerido que el alelo BI se convierte en B 'a través de mecanismos epigenéticos. Los alelos B 'y BI se consideran epialélicos porque son idénticos a nivel de secuencia de ADN pero difieren en el nivel de metilación del ADN , producción de ARNip e interacciones cromosómicas dentro del núcleo. Además, las plantas defectuosas en componentes de la vía de metilación del ADN dirigida por ARN muestran una expresión aumentada de b1 en individuos B 'similar a la de BI; sin embargo, una vez que se restauran estos componentes, la planta vuelve al estado de baja expresión. Aunque se ha observado una conversión espontánea de BI a B ', nunca se ha observado una reversión de B' a BI (verde a púrpura) durante 50 años y miles de plantas tanto en invernadero como en experimentos de campo.
También se han informado ejemplos de herencia epigenética transgeneracional inducida por el medio ambiente en plantas. En un caso, las plantas de arroz que fueron expuestas a tratamientos de simulación de sequía mostraron una mayor tolerancia a la sequía después de 11 generaciones de exposición y propagación por descendencia de una sola semilla en comparación con las plantas no tratadas por sequía. Las diferencias en la tolerancia a la sequía se relacionaron con cambios direccionales en los niveles de metilación del ADN en todo el genoma, lo que sugiere que los cambios hereditarios inducidos por el estrés en los patrones de metilación del ADN pueden ser importantes en la adaptación a los estreses recurrentes. En otro estudio, las plantas que estuvieron expuestas a la herbivoría moderada de la oruga durante varias generaciones mostraron una mayor resistencia a la herbivoría en las generaciones posteriores (medida por la masa seca de la oruga) en comparación con las plantas que carecen de la presión de los herbívoros. Este aumento en la resistencia de los herbívoros persistió después de una generación de crecimiento sin ninguna exposición a los herbívoros, lo que sugiere que la respuesta se transmitió de generación en generación. El informe concluyó que los componentes de la vía de metilación del ADN dirigida por ARN están involucrados en el aumento de la resistencia a lo largo de las generaciones.
Inhumanos
Aunque la herencia genética es importante al describir los resultados fenotípicos , no puede explicar por completo por qué la descendencia se parece a sus padres. Aparte de los genes, la descendencia llega a heredar condiciones ambientales similares establecidas por generaciones anteriores. Un entorno que la descendencia humana suele compartir durante nueve meses es el útero . Teniendo en cuenta la duración de las etapas de desarrollo fetal , el entorno del útero de la madre puede tener efectos duraderos en la salud de la descendencia. Un ejemplo de cómo el medio ambiente dentro del útero puede afectar la salud de una descendencia es el invierno holandés del hambre y su efecto causal sobre las enfermedades hereditarias epigenéticas transgeneracionales inducidas. Varios estudios sugieren la existencia de herencia epigenética transgeneracional en humanos, que incluye la hambruna holandesa de 1944-1945 . Durante el invierno holandés del hambre, las crías nacidas durante la hambruna eran más pequeñas que las nacidas el año anterior a la hambruna. Los efectos de esta hambruna sobre el desarrollo duraron hasta dos generaciones. Además, se descubrió que las crías nacidas durante la hambruna tenían un mayor riesgo de intolerancia a la glucosa en la edad adulta. Se ha encontrado metilación diferencial del ADN en la descendencia femenina adulta que había estado expuesta a la hambruna en el útero, pero se desconoce si estas diferencias en la metilación del ADN se transmitieron a su línea germinal. Se plantea la hipótesis de que la inhibición del gen PIM3 puede haber provocado un metabolismo más lento en generaciones posteriores, pero no se ha demostrado la causalidad, solo la correlación. El fenómeno a veces se conoce como síndrome de invierno del hambre holandesa . Además, el aumento de las tasas de enfermedades metabólicas , enfermedades cardiovasculares y otros factores de riesgo aumentados para la salud de las generaciones F1 y F2 durante el invierno del hambre holandés es un fenómeno conocido llamado " programación fetal ", que es causado por la exposición a factores ambientales dañinos en útero. Otro estudio planteó la hipótesis de que los cambios epigenéticos en el cromosoma Y podrían explicar las diferencias en la esperanza de vida entre los descendientes masculinos de los prisioneros de guerra en la Guerra Civil estadounidense .
El estudio de Överkalix observó efectos específicos del sexo; un mayor índice de masa corporal (IMC) a los 9 años en los hijos, pero no en las hijas, de los padres que comenzaron a fumar temprano. El suministro de alimentos del abuelo paterno solo se relacionó con el RR de mortalidad de los nietos y no de las nietas. El suministro de alimentos de la abuela paterna solo se asoció con la tasa de riesgo de mortalidad de las nietas. Cuando la abuela tenía un buen suministro de alimentos se asoció con una mortalidad dos veces mayor (RR). Esta herencia transgeneracional se observó con la exposición durante el período de crecimiento lento (SGP). El SGP es el momento antes del inicio de la pubertad , cuando los factores ambientales tienen un mayor impacto en el cuerpo. El SGP de los antepasados en este estudio se estableció entre las edades de 9 a 12 años para los niños y de 8 a 10 años para las niñas. Esto ocurrió en el SGP de ambos abuelos, o durante el período de gestación / vida infantil de las abuelas, pero no durante la pubertad de ninguno de los abuelos. El escaso suministro de alimentos del padre y el buen suministro de alimentos de la madre se asociaron con un menor riesgo de muerte cardiovascular .
En algunos casos, se ha descubierto que la pérdida de expresión genética que da como resultado el síndrome de Prader-Willi o el síndrome de Angelman es causada por cambios epigenéticos (o "epimutaciones") en ambos alelos , en lugar de implicar una mutación genética . En los 19 casos informativos, las epimutaciones que, junto con la impronta fisiológica y, por tanto, el silenciamiento del otro alelo , estaban causando estos síndromes, se localizaron en un cromosoma con un origen paterno y abuelo específico. Específicamente, el cromosoma de origen paterno llevaba una marca materna anormal en SNURF-SNRPN , y esta marca anormal se heredó de la abuela paterna.
De manera similar, se han encontrado epimutaciones en el gen MLH1 en dos individuos con un fenotipo de cáncer colorrectal hereditario sin poliposis , y sin ninguna mutación MLH1 franca que de otro modo cause la enfermedad. También se encontraron las mismas epimutaciones en los espermatozoides de uno de los individuos, lo que indica el potencial de transmitirse a la descendencia.
Además de las epimutaciones al gen MLH1 , se ha determinado que ciertos cánceres, como el de mama , pueden originarse durante las etapas fetales dentro del útero . Además, la evidencia recopilada en varios estudios que utilizan sistemas modelo (es decir, animales) ha encontrado que la exposición durante las generaciones parentales puede resultar en una herencia multigeneracional y transgeneracional del cáncer de mama. Más recientemente, los estudios han descubierto una conexión entre la adaptación de las células germinales masculinas a través de las dietas paternas antes de la concepción y la regulación del cáncer de mama en la descendencia en desarrollo. Más específicamente, los estudios han comenzado a descubrir nuevos datos que subrayan una relación entre la herencia epigenética transgeneracional del cáncer de mama y los componentes alimentarios ancestrales o marcadores asociados , como el peso al nacer. Al utilizar sistemas modelo, como los ratones, los estudios han demostrado que la obesidad paterna estimulada en el momento de la concepción puede alterar epigenéticamente la línea germinal paterna. La línea germinal paterna es responsable de regular el peso de sus hijas al nacer y la posibilidad de que su hija desarrolle cáncer de mama. Además, se encontró que las modificaciones en el perfil de expresión de miARN de la línea germinal masculina se combinan con un peso corporal elevado. Además, la obesidad paterna resultó en un aumento en el porcentaje de descendencia femenina que desarrolla tumores mamarios inducidos por carcinógenos , que es causado por cambios en la expresión de miARN mamario.
Aparte de las aflicciones relacionadas con el cáncer asociadas con los efectos de la herencia epigenética transgeneracional, la herencia epigenética transgeneracional se ha implicado recientemente en la progresión de la hipertensión arterial pulmonar (HAP). Estudios recientes han encontrado que es probable que la herencia epigenética transgeneracional esté involucrada en la progresión de la HAP porque las terapias actuales para la HAP no reparan los fenotipos irregulares asociados con esta enfermedad. Los tratamientos actuales para la HAP han intentado corregir los síntomas de la HAP con vasodilatadores y protectores antitrombóticos , pero ninguno ha aliviado eficazmente las complicaciones relacionadas con los fenotipos alterados asociados con la HAP. La incapacidad de los vasodilatadores y protectores antitrombóticos para corregir la HAP sugiere que la progresión de la HAP depende de múltiples variables, lo que probablemente sea consecuencia de la herencia epigenética transgeneracional. Específicamente, se piensa que la epigenética transgeneracional está relacionada con los cambios fenotípicos asociados con la remodelación vascular . Por ejemplo, la hipoxia durante la gestación puede inducir alteraciones epigenéticas transgeneracionales que podrían resultar perjudiciales durante las primeras fases del desarrollo fetal y aumentar la posibilidad de desarrollar HAP en la edad adulta. Tener en cuenta los efectos potenciales de la epigenética transgeneracional durante el desarrollo fetal se deriva de la hipótesis de los orígenes fetales de la enfermedad del adulto (FOAD), que está relacionada con el concepto de programación fetal . Aunque los estados hipóxicos podrían inducir la varianza epigenética transgeneracional asociada con la HAP, existe una fuerte evidencia que respalda que una variedad de factores de riesgo maternos están relacionados con la eventual progresión de la HAP. Dichos factores de riesgo maternos relacionados con la HAP de aparición tardía incluyen disfunción placentaria, hipertensión, obesidad y preeclampsia. Estos factores de riesgo maternos y estresantes ambientales, junto con cambios epigenéticos transgeneracionales, pueden resultar en un daño prolongado a las vías de señalización asociadas con el desarrollo vascular durante las etapas fetales, aumentando así la probabilidad de tener PAH.
Un estudio ha demostrado que el abuso infantil, que se define como "contacto sexual, abuso físico severo y / o negligencia severa", conduce a modificaciones epigenéticas de la expresión del receptor de glucocorticoides. La expresión del receptor de glucocorticoides juega un papel vital en la actividad hipotalámica-pituitaria-suprarrenal (HPA). Además, los experimentos con animales han demostrado que los cambios epigenéticos pueden depender de las interacciones madre-hijo después del nacimiento. Además, un estudio reciente que investiga las correlaciones entre el estrés materno durante el embarazo y la metilación en adolescentes / sus madres ha encontrado que los hijos de mujeres que fueron abusadas durante el embarazo tenían más probabilidades de tener genes receptores de glucocorticoides metilados. Por lo tanto, los niños con genes receptores de glucocorticoides metilados experimentan una respuesta alterada al estrés, lo que en última instancia conduce a una mayor susceptibilidad a experimentar ansiedad.
Estudios adicionales que examinan los efectos del dietilestilbestrol (DES), que es un disruptor endocrino , han encontrado que los nietos (tercera generación) de mujeres expuestas al DES aumentaron significativamente la probabilidad de que sus nietos desarrollen un trastorno por déficit de atención / hiperactividad (TDAH). Esto se debe a que las mujeres expuestas a disruptores endocrinos , como el DES, durante la gestación, pueden estar relacionadas con déficits multigeneracionales del neurodesarrollo . Además, los estudios en animales indican que los disruptores endocrinos tienen un impacto profundo en las células de la línea germinal y el desarrollo neurológico. Se postula que la causa del impacto multigeneracional del DES es el resultado de procesos biológicos asociados con la reprogramación epigenética de la línea germinal , aunque esto aún no se ha determinado.
Efectos sobre el fitness
La herencia epigenética solo puede afectar la aptitud si altera de manera predecible un rasgo bajo selección. Se ha presentado evidencia de que los estímulos ambientales son agentes importantes en la alteración de epigenes. Irónicamente, la evolución darwiniana puede actuar sobre estas características adquiridas por los neolamarckianos, así como sobre los mecanismos celulares que las producen (por ejemplo, genes de metiltransferasa). La herencia epigenética puede conferir un beneficio de aptitud a los organismos que se ocupan de los cambios ambientales en escalas de tiempo intermedias. Es probable que los cambios de ciclos cortos tengan procesos reguladores codificados por ADN, ya que la probabilidad de que la descendencia necesite responder a los cambios varias veces durante su vida es alta. Por otro lado, la selección natural actuará sobre las poblaciones que experimentan cambios en los cambios ambientales de ciclo más largo. En estos casos, si el cebado epigenético de la próxima generación es perjudicial para la aptitud durante la mayor parte del intervalo (por ejemplo, información errónea sobre el medio ambiente), estos genotipos y epigenotipos se perderán. Para los ciclos de tiempo intermedios, la probabilidad de que la descendencia se encuentre con un entorno similar es suficientemente alta sin una presión selectiva sustancial sobre los individuos que carecen de una arquitectura genética capaz de responder al entorno. Naturalmente, la duración absoluta de los ciclos ambientales cortos, intermedios y largos dependerá del rasgo, la duración de la memoria epigenética y el tiempo de generación del organismo. Gran parte de la interpretación de los efectos de la aptitud epigenética se centra en la hipótesis de que los epigenes son contribuyentes importantes a los fenotipos, que aún no se ha resuelto.
Efectos deletéreos
Las marcas epigenéticas heredadas pueden ser importantes para regular componentes importantes de la aptitud. En las plantas, por ejemplo, el gen Lcyc en Linaria vulgaris controla la simetría de la flor. Linneo describió por primera vez mutantes radialmente simétricos, que surgen cuando Lcyc está muy metilado. Dada la importancia de la forma floral para los polinizadores, la metilación de homólogos de Lcyc (por ejemplo, CYCLOIDEA ) puede tener efectos perjudiciales sobre la aptitud de las plantas. En animales, numerosos estudios han demostrado que las marcas epigenéticas heredadas pueden aumentar la susceptibilidad a las enfermedades. También se sugiere que las influencias epigenéticas transgeneracionales contribuyen a la enfermedad, especialmente el cáncer, en los seres humanos. Se ha demostrado que los patrones de metilación tumoral en los promotores de genes se correlacionan positivamente con los antecedentes familiares de cáncer. Además, la metilación del gen MSH2 se correlaciona con cánceres colorrectales y endometriales de aparición temprana.
Efectos supuestamente adaptativos
Las semillas desmetiladas experimentalmente del organismo modelo Arabidopsis thaliana tienen una mortalidad significativamente mayor, retraso en el crecimiento, floración tardía y menor cuajado de frutos, lo que indica que los epigenes pueden aumentar la aptitud. Además, se ha demostrado que las respuestas epigenéticas inducidas por el medio ambiente al estrés se heredan y se correlacionan positivamente con la aptitud. En los animales, la anidación comunitaria cambia el comportamiento de los ratones aumentando los regímenes de cuidado de los padres y las habilidades sociales que, según la hipótesis, aumentan la supervivencia de las crías y el acceso a los recursos (como alimentos y parejas), respectivamente.
Patrones macroevolucionarios
Los efectos epigenéticos heredados sobre los fenotipos han sido bien documentados en bacterias, protistas, hongos, plantas, nematodos y moscas de la fruta. Aunque no se ha realizado ningún estudio sistemático de la herencia epigenética (la mayoría se centra en organismos modelo), existe evidencia preliminar de que este modo de herencia es más importante en las plantas que en los animales. Es probable que la diferenciación temprana de las líneas germinales de los animales impida el marcado epigenético que se produzca más tarde en el desarrollo, mientras que en las plantas y los hongos las células somáticas pueden incorporarse a la línea germinal.
Se cree que la herencia epigenética transgeneracional puede permitir que ciertas poblaciones se adapten fácilmente a entornos variables. Aunque hay casos bien documentados de herencia epigenética transgeneracional en ciertas poblaciones, existen dudas sobre si esta misma forma de adaptabilidad es aplicable a los mamíferos. Más específicamente, se cuestiona si se aplica a los humanos. Últimamente, la mayoría de los modelos experimentales que utilizan ratones y observaciones limitadas en humanos solo han encontrado rasgos heredados epigenéticamente que son perjudiciales para la salud de ambos organismos. Estos rasgos dañinos van desde un mayor riesgo de enfermedades, como las enfermedades cardiovasculares , hasta la muerte prematura. Sin embargo, esto puede basarse en la premisa de un sesgo de notificación limitado porque es más fácil detectar los efectos experimentales negativos que los efectos experimentales positivos. Además, la considerable reprogramación epigenética necesaria para el éxito evolutivo de las líneas germinales y las fases iniciales de la embriogénesis en los mamíferos puede ser la causa potencial que limita la herencia transgeneracional de las marcas de cromatina en los mamíferos.
Los patrones del ciclo vital también pueden contribuir a la aparición de herencia epigenética. Los organismos sésiles , aquellos con baja capacidad de dispersión y aquellos con comportamiento simple pueden beneficiarse más de transmitir información a su descendencia a través de vías epigenéticas. También pueden surgir patrones geográficos, donde los ambientes altamente variables y altamente conservados pueden albergar menos especies con una herencia epigenética importante.
Controversias
Los seres humanos han reconocido desde hace mucho tiempo que los rasgos de los padres a menudo se ven en la descendencia. Esta idea condujo a la aplicación práctica de la cría selectiva de plantas y animales, pero no abordó la cuestión central de la herencia: ¿cómo se conservan estos rasgos entre generaciones y qué causa la variación? Se han ocupado varias posiciones en la historia del pensamiento evolutivo.
Mezcla versus herencia de partículas
Al abordar estas preguntas relacionadas, los científicos durante la época de la Ilustración defendieron en gran medida la hipótesis de la combinación, en la que los rasgos parentales se homogeneizaban en la descendencia de manera muy similar a la mezcla de cubos de pintura de diferentes colores. Los críticos de El origen de las especies , de Charles Darwin , señalaron que bajo este esquema de herencia, la variación sería rápidamente abrumada por el fenotipo mayoritario. En la analogía del cubo de pintura, esto se vería mezclando dos colores y luego mezclando el color resultante con solo uno de los colores originales 20 veces; la rara variante de color se desvanecería rápidamente.
Desconocido para la mayor parte de la comunidad científica europea, el monje Gregor Mendel había resuelto la cuestión de cómo se conservan los rasgos entre generaciones a través de experimentos de reproducción con plantas de guisantes. Charles Darwin, por tanto, no conocía la "herencia particulada" propuesta por Mendel en la que los rasgos no se mezclaban sino que se pasaban a la descendencia en unidades discretas que ahora llamamos genes. Darwin llegó a rechazar la hipótesis de la mezcla a pesar de que sus ideas y las de Mendel no se unificaron hasta la década de 1930, un período al que se hace referencia como la síntesis moderna .
Herencia de características innatas frente a adquiridas
En su libro de 1809, Philosophie Zoologique , Jean-Baptiste Lamarck reconoció que cada especie experimenta un conjunto único de desafíos debido a su forma y entorno. Así, propuso que los caracteres más utilizados acumularían un "fluido nervioso". Estas acumulaciones adquiridas se transmitirían luego a la descendencia del individuo. En términos modernos, un fluido nervioso transmitido a la descendencia sería una forma de herencia epigenética.
El lamarckismo , como se conoció a este cuerpo de pensamiento, fue la explicación estándar del cambio en las especies a lo largo del tiempo cuando Charles Darwin y Alfred Russel Wallace propusieron conjuntamente una teoría de la evolución por selección natural en 1859. Respondiendo a la teoría de Darwin y Wallace, un neo revisado -El lamarckismo atrajo a un pequeño número de seguidores de biólogos, aunque el celo lamarckiano se apagó en gran parte debido al famoso experimento de Weismann en el que cortó las colas de los ratones durante varias generaciones sucesivas sin tener ningún efecto en la longitud de la cola. Así, el consenso emergente de que las características adquiridas no podían heredarse se convirtió en canon.
Revisión de la teoría evolutiva
Sin embargo, la variación y la herencia no genética demostraron ser bastante comunes. Simultáneamente con el desarrollo en el siglo XX de la síntesis evolutiva moderna (unificando la genética mendeliana y la selección natural), CH Waddington (1905-1975) estaba trabajando para unificar la biología y la genética del desarrollo. Al hacerlo, adoptó la palabra "epigenética" para representar la diferenciación ordenada de células embrionarias en tipos de células funcionalmente distintos a pesar de tener una estructura primaria idéntica de su ADN. Los investigadores discutieron la epigenética de Waddington de manera esporádica: se convirtió más en un punto de partida para desconcertar a los personajes hereditarios no genéticos en lugar de un concepto que avanza en el cuerpo de la investigación. En consecuencia, la definición de la palabra de Waddington ha evolucionado, ampliándose más allá del subconjunto de especialización celular heredada y señalada por el desarrollo.
Algunos científicos han cuestionado si la herencia epigenética compromete la base de la síntesis moderna. Delineando el dogma central de la biología molecular , Francis Crick afirmó sucintamente, "El ADN se mantiene en una configuración por histonas para que pueda actuar como una plantilla pasiva para la síntesis simultánea de ARN y proteínas. Ninguno de los detalles 'información' está en la histona ". Sin embargo, cierra el artículo diciendo, "¡este esquema explica la mayoría de los resultados experimentales actuales!" De hecho, el surgimiento de la herencia epigenética (además de los avances en el estudio del desarrollo evolutivo, la plasticidad fenotípica , la capacidad de evolución y la biología de sistemas) ha tensado el marco actual de la síntesis evolutiva moderna y ha impulsado el reexamen de los procesos evolutivos previamente descartados. mecanismos.
Además, los patrones en la herencia epigenética y las implicaciones evolutivas de los códigos epigenéticos en los organismos vivos están conectados con las teorías de la evolución de Lamarck y Darwin . Por ejemplo, Lamarck postuló que los factores ambientales eran responsables de modificar los fenotipos de manera hereditaria , lo que respalda la idea de que la exposición a factores ambientales durante las etapas críticas del desarrollo puede resultar en epimutaciones en las líneas germinales , aumentando así la variación fenotípica. Por el contrario, la teoría de Darwin afirmaba que la selección natural fortalecía la capacidad de una población para sobrevivir y mantenerse en forma reproductiva al favorecer a las poblaciones que son capaces de adaptarse fácilmente. Esta teoría es consistente con la plasticidad intergeneracional y la variación fenotípica resultante de la adaptabilidad hereditaria.
Además, cierta variabilidad epigenética puede proporcionar una plasticidad beneficiosa , de modo que ciertos organismos puedan adaptarse a las condiciones ambientales fluctuantes. Sin embargo, el intercambio de información epigenética entre generaciones puede resultar en aberraciones epigenéticas, que son rasgos epigenéticos que se desvían de la norma. Por lo tanto, la descendencia de las generaciones parentales puede estar predispuesta a enfermedades específicas y una plasticidad reducida debido a aberraciones epigenéticas. Aunque la capacidad de adaptarse fácilmente cuando se enfrenta a un nuevo entorno puede ser beneficiosa para ciertas poblaciones de especies que pueden reproducirse rápidamente, las especies con brechas generacionales prolongadas pueden no beneficiarse de tal capacidad. Si una especie con una brecha generacional más larga no se adapta adecuadamente al entorno previsto, la aptitud reproductiva de la descendencia de esa especie se verá disminuida.
Edward J Steele , Robyn A Lindley y sus colegas, Fred Hoyle y N. Chandra Wickramasinghe , Yongsheng Liu Denis Noble , John Mattick y otros han debatido críticamente la teoría de la evolución dominante sobre las inconsistencias lógicas y los efectos de la herencia lamarckiana que involucran al ADN directo modificaciones, así como las indirectas que se acaban de describir, a saber. epigenéticas, transmisiones, desafían el pensamiento convencional en biología evolutiva y campos adyacentes.
Ver también
- Contribución de las modificaciones epigenéticas a la evolución
- Estudio Överkalix
- Hambruna holandesa de 1944-1945 # Legacy
- Herencia del estrés transgeneracional