Cebado epigenético

El cebado epigenético (también conocido como cebado genético ) es la modificación del epigenoma de una célula mediante la cual dominios específicos de la cromatina dentro de una célula se convierten de un estado cerrado a un estado abierto, generalmente como resultado de un desencadenante o vía biológica externa , lo que permite el acceso al ADN por factores de transcripción u otros mecanismos de modificación. La acción del cebado epigenético para una determinada región del ADN dicta cómo otros mecanismos de regulación genética podrán actuar sobre el ADN más adelante en la vida de la célula. El cebado epigenético se ha investigado principalmente en neurociencia e investigación del cáncer , ya que se ha descubierto que desempeña un papel clave en la formación de la memoria dentro de las neuronas ^[1] y la activación del gen supresor de tumores en el tratamiento del cáncer ^[2] respectivamente.

El cebado epigenético se refiere a un estado epigenético latente desencadenado por un estímulo , como un fármaco o cambios ambientales. El estado de cebado epigenético se caracteriza por el aflojamiento de la cromatina , que es el cambio del estado de la cromatina de heterocromatina (fuertemente unida e inaccesible) a eucromatina (ligada débilmente y completamente accesible), lo que conduce a un aumento de la transcripción de ciertos genes como resultado del acceso y la unión más fáciles de los factores de transcripción . ^[1] La señal desencadenante se efectúa mediante varios mecanismos epigenéticos, los más destacados de los cuales son la acetilación de histonas y la metilación de histonas . La mayoría de los agentes epigenéticos involucrados en las modificaciones de histonas, como las variantes de la histona desacetilasa (HDAC), no son dirigidos, lo que significa que el aflojamiento y el endurecimiento de la cromatina no son específicos dentro de la célula . ^{[3] Por lo tanto, el cebado epigenético y} la transcripción génica resultante ocurren en toda la célula y afectan a una gran variedad de sitios de la cromatina .

Los procesos de remodelación de la cromatina, como la acetilación y la metilación de histonas, son reversibles, y los sitios de eucromatina resultantes de la preparación epigenética se convierten finalmente de nuevo en heterocromatina mediante agentes de reversión como la histona desacetilasa . Por lo tanto, la preparación puede controlarse artificialmente inhibiendo estos agentes de reversión dentro de la célula para que la cromatina permanezca abierta. Entre estos enfoques, el más estudiado es la inhibición de HDAC .

Para mantener la plasticidad del epigenoma , se necesitan enzimas que añadan (escritores) y eliminen (borradores) las diferentes marcas epigenéticas. Como se ejemplifica con la acetilación de histonas en la figura del Modelo de cebado epigenético anterior, existe una interacción entre estos escritores y borradores que permite que el genoma responda a estímulos externos o internos. En el caso de la acetilación, las histonas acetiltransferasas añaden grupos acetilo a las histonas y las histonas deacetilasas (HDAC) los eliminan. Ambas están presentes dentro de una célula en un momento dado, lo que significa que una región acetilada (abierta) de la cromatina podría revertirse a la forma cerrada. La inhibición de HDAC asegura que la cromatina se mantenga en un estado abierto al prohibir la transición de abierto a cerrado, lo que conduce a una expresión génica duradera y otra actividad epigenética.

La preparación epigenética se describió por primera vez en la investigación del cáncer cuando se descubrió que las alteraciones epigenéticas en los genes supresores de tumores (TSG) eran impulsores de la carcinogénesis . ^[2] Las alteraciones epigenéticas (por ejemplo, la metilación del ADN ) que resultan en la inactivación de TSG como un medio común de formación de tumores. Al contrario de las mutaciones de ADN regulares comunes en el cáncer, la metilación es reversible, siempre que la cromatina esté adecuadamente abierta para permitir que los agentes hipometilantes accedan al ADN y eviten la metilación. Por lo tanto, la preparación se investigó como un "pretratamiento" para sensibilizar las células tumorogénicas a los quimioterapéuticos hipometilantes como la decitabina . ^[2] Muchos tipos de cáncer (por ejemplo, gástrico) son conocidos por tener cambios epigenéticos aberrantes, particularmente en la metilación del ADN. A diferencia de las mutaciones de ADN que no se pueden cambiar fácilmente a través del tratamiento, estos cambios epigenéticos aberrantes permiten una vía de tratamiento reversible.

Se ha demostrado que los agentes epigenéticos aumentan la expresión de genes silenciados de forma aberrante (es decir, Runx3 , Tnf , Pycard , Fas ) en modelos de ratones después del tratamiento con 5-aza-CR. ^[4] Por lo tanto, ayudan a superar la disfunción celular inducida por el cáncer. Además, se ha demostrado que la preparación epigenética mejora la citotoxicidad de los fármacos contra el cáncer (es decir, SN38 y CDDP ), mostrando resultados prometedores en el cáncer de pulmón y ovario . ^[5] Debido a su eficacia demostrada, la FDA aprobó la 5-azacitidina , la romidepsina y otros inhibidores de DMNT (es decir, 5-azacitidina, hidralazina, 5-Aza-2'-desoxicitidina) e inhibidores de HDAC (es decir, romidepsina, belinostat, panobinostat) para uso clínico. ^{[4] [6]}

Se han realizado varios ensayos clínicos para evaluar la seguridad y la eficacia de la terapia epigenética como tratamiento previo en el tratamiento del cáncer. El uso preclínico de agentes epigenéticos como la 5-azacitidina ( inhibidor de DNMT ) y la romidepsina (inhibidor de HDAC) sensibiliza a las células cancerosas para un tratamiento posterior. A continuación se enumeran algunos ejemplos de ensayos clínicos realizados.

El tratamiento epigenético con 5-azacitidina (5-AZA) y romidepsina antes de la administración de pembrolizumab se probó para determinar su seguridad en un ensayo clínico de 2016 a 2018. La administración del fármaco ( 5-AZA , romidepsina , 5-AZA + romidepsina ) se siguió durante 14 días en 24 pacientes de entre 40 y 69 años. Los efectos secundarios en los grupos incluyeron diarrea , náuseas y fatiga . Además, la falta de apetito , la anemia y la trombocitopenia fueron independientes de la combinación de fármacos recibida por el paciente. Después de este estudio, la "preterapia" del agente epigenético con 5-AZA y romidepsina seguida del tratamiento con pembrolizumab se consideró factible y, en general, segura para los pacientes. ^[7]

El cáncer gástrico está muy influenciado por aberraciones epigenéticas. El análisis mostró que los cambios en la metilación del ADN tienen una mayor influencia en el cáncer gástrico que las mutaciones puntuales. Un estudio de fase I sobre el pretratamiento del cáncer gástrico con 5-AZA en combinación con epirubicina , oxaliplatino y capecitabina fue exitoso. ^[8] La intervención epigenética fue fructífera en la desmetilación de loci (es decir, CDKN2A, ESR1, HPP1, MGMT, TIMP3) metilados anormalmente en carcinomas gástricos.

Un estudio de fase I exploró la viabilidad de la preparación epigenética con decitabina en pacientes con leucemia mieloide aguda (LMA) seguida de un tratamiento con citarabina y daunorrubicina . Los pacientes fueron tratados dos semanas antes de la inmunoterapia, ya sea con una infusión de 1 hora (grupo A) o una infusión continua durante 3 o 7 días (grupo B). El grupo B mostró niveles más altos de hipometilación después del tratamiento que el grupo A, pero ninguno mostró toxicidad por el agente epigenético. Finalmente, no se encontraron efectos secundarios significativos. ^[9]

Los pacientes mayores con diagnóstico de LMA tienen un mal pronóstico , tasas más bajas de remisión completa y empeoramiento de la supervivencia general. Se realizó un estudio de fase 2 para evaluar la eficacia y seguridad de la preparación epigenética a través de decitabina en pacientes mayores con LMA . En 2015, 46 pacientes que no eran candidatos para quimioterapia intensiva se inscribieron en el estudio. El tratamiento consistió en la administración intravenosa continua de decitabina , seguida de 5 días de inmunoterapia con citarabina . Los pacientes continuaron con un segundo ciclo si se encontró evidencia de enfermedad en la biopsia de médula ósea de 15 días , de lo contrario, procedieron con mantenimiento con decitabina . El estudio mostró que el pretratamiento con decitabina seguido de citarabina promovió un mayor número de remisiones completas (70%) en pacientes mayores con LMA . ^[10]

Se cree que las modificaciones epigenéticas , y en particular aquellas que realizan el cebado epigenético, son fundamentalmente responsables de la codificación de la memoria dentro de las neuronas. Esta idea está respaldada por varias pruebas. En primer lugar, a pesar de la inhibición de la síntesis de proteínas durante la formación de la memoria , los recuerdos pueden recuperarse más tarde. ^[11] Esto, junto con el descubrimiento de que la memoria a largo plazo puede restaurarse después del deterioro de la sinapsis , ^[12] sugiere que la estructuración sináptica (que requiere la síntesis de proteínas durante la formación de la memoria) no es la fuente fundamental de la codificación de engramas dentro de una célula. ^[13] Además, en ratones se ha descubierto que se requiere la función adecuada de la histona acetiltransferasa para la formación de la memoria ^{[14] [15]} y que la inhibición de HDAC en las neuronas puede mejorar el comportamiento de aprendizaje y la memoria a largo plazo . ^[16] Una explicación es que, cuando están presentes en combinación con la actividad neuronal asociada a la memoria, los inhibidores de HDAC (HDACi) permiten que la cromatina permanezca abierta y aumentan la transcripción de genes que remodelan las sinapsis , lo que resulta en una mayor plasticidad y una mejor formación de la memoria. ^{[13] [17]} Como resultado de estas observaciones, se ha propuesto que la preparación epigenética es la fase inicial de la formación de la memoria. ^[13]

Se ha descubierto que diferentes formas de memoria a largo plazo están asociadas con diferentes tipos de acetilación de histonas , como la acetilación de H3 frente a H4 . ^[15] Esto sugiere que la preparación epigenética en neuronas que da como resultado diferentes expresiones del perfil de memoria puede estar codificada por diferentes acetiltransferasas de histonas . Por lo tanto, aunque los mecanismos que aflojan la cromatina no son específicos en su objetivo, es probable que tengan especificidad dependiendo de cuáles se activen. En una línea similar, se cree que la acción de diferentes agentes de preparación, como las variedades de acetiltransferasas de histonas, puede combinarse para crear un efecto de apilamiento en la cromatina neuronal, lo que da como resultado una expresión significativamente mayor de los genes asociados. ^{[ cita requerida ]}

Estudios epidemiológicos y experimentales han demostrado que los factores ambientales durante el desarrollo temprano, como la nutrición materna y la composición corporal, pueden influir en el fenotipo metabólico de la descendencia. ^[18] Se cree que la preparación epigenética media los cambios persistentes en la expresión genética que eventualmente podrían conducir al síndrome metabólico . ^[19] Potencialmente, estas alteraciones metabólicas inducidas benefician a la progenie que se desarrolla en un entorno de bajos recursos para un mayor éxito más adelante en la vida. ^[18] El ratón Agouti ejemplifica una variación del efecto antes mencionado de las exposiciones ambientales tempranas en la aptitud de la descendencia . ^[20]