MADRID 1 Mar. (EUROPA PRESS) -
Un equipo multidisciplinar de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign, en Estados Unidos, ha ideado un nuevo método de obtención de imágenes en 3D que capta la metilación del ADN, un cambio epigenético clave asociado al aprendizaje en el cerebro, según publican en la revista 'Proceedings of the National Academy of Sciences'.
Los científicos afirman que su estudio de prueba de concepto en cerdos se trasladará fácilmente a los seres humanos, ya que el nuevo método se basa en la tecnología de resonancia magnética estándar y en marcadores biológicos que ya se utilizan en la medicina humana.
La epigenética es un mecanismo clave por el que se regula la expresión de los genes. Según los investigadores, el nuevo método --denominado IRM epigenética (IRMe)-- abrirá nuevas vías de investigación sobre cómo estos cambios moldean el cerebro, permitiéndole crecer, aprender y responder al estrés. La técnica también puede ser útil para el estudio de procesos neurodegenerativos como la enfermedad de Alzheimer.
La metilación del ADN es uno de los mecanismos que utilizan las células para regular qué genes se expresan activamente, explica King Li, profesor de la Facultad de Medicina Carle Illinois de la Universidad de Illinois que dirigió la investigación con el profesor de bioingeniería Fan Lam y Gene Robinson, director del Instituto Carl R. Woese de Biología Genómica de Illinois.
"Nuestro ADN es el mismo de una célula a otra y no cambia --apunta Li--. Pero unas moléculas diminutas, como los grupos metilo, se unen a la espina dorsal del ADN para regular qué genes se transcriben activamente en ARN y se traducen en proteínas. La metilación del ADN es una parte muy importante del control de las funciones de los genes".
Investigaciones anteriores demostraron que la metilación del ADN es uno de los varios cambios epigenéticos que se producen en el cerebro cuando un animal responde a su entorno, recuerda Robinson, profesor de entomología en Illinois que estudia la interacción de la genómica, la experiencia y el comportamiento en las abejas melíferas.
Sus estudios han demostrado que muchos genes del cerebro se regulan al alza o a la baja en las abejas a medida que maduran, cambian de función en la colmena, encuentran nuevas fuentes de alimento o responden a amenazas.
Hay dos sistemas de control en el cerebro, que operan en diferentes escalas de tiempo, recuerda Robinson. Las neuronas y otras células cerebrales responden a las señales del entorno en segundos o milisegundos, mientras que los cambios en la expresión de los genes tardan más.
Por ejemplo, cuando una abeja melífera experimenta una amenaza, debe actuar inmediatamente. Confía en que las neuronas se disparen rápidamente y le permitan actuar a la defensiva, pero el cerebro de la abeja sigue respondiendo incluso después de que la amenaza haya pasado, preparándose para una posible amenaza futura con cambios en la expresión genética.
"Nos centramos en este segundo sistema de control, el sistema de control molecular, que se basa en la expresión genética --destaca Robinson--. Estos cambios pueden tardar minutos en producirse, pero pueden durar horas, días o incluso más".
Los científicos no han podido captar con precisión los cambios moleculares que se producen en el cerebro vivo a lo largo del tiempo. Los estudios epigenéticos anteriores sobre abejas y otros organismos requerían la extracción de tejido cerebral o la disección del animal para su análisis.
En una investigación anterior sobre el cerebro humano se observó una enzima implicada en la regulación de un cambio epigenético, pero no se dirigió directamente al cambio epigenético. El equipo de Illinois quería utilizar la potencia de la resonancia magnética para obtener imágenes directas de los cambios epigenéticos en sujetos vivos.
Para el nuevo enfoque, el equipo se basó en una idea clave: Li se dio cuenta de que un aminoácido esencial, la metionina, podía transportar un marcador atómico conocido como carbono-13 al cerebro, donde podía donar el grupo metilo marcado con carbono-13 necesario para la metilación del ADN. Este proceso marcaría el ADN con un raro isótopo de carbono.
El carbono-13 se encuentra de forma natural en el cuerpo, pero su isótopo hermano, el carbono-12, es mucho más abundante, explicó Li. Aproximadamente el 99% del carbono de los tejidos vivos es carbono-12, señala.
La metionina debe obtenerse a través de la dieta, por lo que el equipo decidió probar la idea de que alimentar a los sujetos de estudio con metionina etiquetada con carbono-13 permitiría que pasara al cerebro y etiquetara las regiones sometidas a metilación.
"Cuando empezamos este proyecto, pensamos que podría fracasar --recuerda Lam, que trabajó con el profesor de química de Illinois Scott Silverman para desarrollar un método para distinguir entre el ADN metilado y otras moléculas metiladas en el cerebro--. Pero el potencial era tan emocionante que teníamos que intentarlo".
Estudios anteriores ya habían demostrado que la resonancia magnética puede obtener imágenes del carbono-13, y el carbono-13 administrado por vía oral se ha utilizado en sujetos humanos durante décadas. Pero la señal de carbono-13 de los animales vivos es débil, por lo que Lam y el profesor de ingeniería eléctrica e informática de Universidad de Illinois, Zhi-Pei Liang, recurrieron a su experiencia en resonancia magnética y espectroscopia de resonancia magnética para mejorar significativamente la señal de eMRI.
El equipo probó primero el método en roedores y luego pasó a trabajar con lechones, cuyos cerebros más grandes se parecen más a los humanos. Para ello, contaron con la experiencia del coautor Ryan Dilger, profesor de ciencias animales de Illinois que estudia los factores que influyen en el desarrollo neuronal de los cerdos.
"Este proyecto es muy multidisciplinar --resalta Lam--. Tenemos en el equipo a ingenieros, expertos en imágenes y radiología, y personas con gran experiencia en aplicaciones clínicas. También tenemos científicos expertos en ciencias de la nutrición, ciencia animal, química y genómica".
En los experimentos con lechones alimentados con una dieta que incluía metionina marcada con carbono-13, los investigadores descubrieron que la resonancia magnética podía detectar una señal creciente de los grupos metilo marcados con carbono-13 en el cerebro. Otros análisis les permitieron diferenciar los grupos metilo del ADN de otras moléculas metiladas.
Los lechones tenían más metilación de ADN nueva en el cerebro unas semanas después del nacimiento que al nacer, y el aumento era mucho mayor de lo esperado basándose sólo en los cambios de tamaño.
"Este hallazgo es muy alentador porque refleja lo que esperamos ver si esta señal responde al medio ambiente --asegura Li--. Se sabe por estudios en animales que las regiones del cerebro más implicadas en el aprendizaje y la memoria experimentan más cambios epigenéticos. También se observaron diferencias regionales en la metilación del ADN en el cerebro del cerdo, al igual que hay diferencias regionales en los estudios clásicos de IRM", añade.
"Ahora esperamos aplicar esta técnica en humanos -avanza--. Introducir esta etiqueta en el cerebro es fácil y no perjudica al organismo. Se la daremos a la gente a través de la dieta y entonces podremos detectar la señal".
Su primera aplicación del método se producirá probablemente en estudios que comparen los cerebros de personas con y sin enfermedades neurodegenerativas, asegura.
