Tesis doctoral de Biola María Javierre Martinez
La epigenética es una de las áreas científicas de más rápida expansión. Desde que conrad waddington acuñó el término en 1942, se han logrado grandes avances en el contexto de la biología celular y en la patogénesis de diferentes enfermedades. La epigenética se ha definido clásicamente como el estudio de los cambios reversibles y potencialmente heredables en la expresión génica que no implican alteraciones de la secuencia génica (jones, 1999). Esta disciplina científica analiza la metilación del ácido desoxirribonucleico y las modificaciones de histonas, que en conjunto juegan un papel esencial en el establecimiento del transcriptoma celular y consecuentemente en la determinación del fenotipo (egger, 2004; jones, 1999). Las marcas epigenéticas están condicionadas por los factores ambientales y por el envejecimiento (jaenisch, 2003; liu, 2003). Estas dos relaciones quedan ilustradas por los gemelos monocigóticos (mz), en los que tanto sus fenotipos, incluyendo la susceptibilidad a desarrollar enfermedades complejas, como sus perfiles epigenéticos divergen a medida que envejecen, a pesar de ser genéticamente idénticos entre sí (fraga, 2005 b). en mamíferos, la regulación epigenética es un proceso esencial para el silenciamiento de las secuencias endoparásitas, la expresión diferencial de genes imprintados, la disminución de la dosis génica mediante la inactivación de un cromosoma x en hembras y la diferenciación celular (ji, 2010; lund, 2004). Debido a la cantidad de procesos biológicos que dependen de la regulación epigenética, es fácilmente comprensible la estrecha relación existente entre los procesos de desregulación epigenética y la enfermedad (portela, 2010). Por ejemplo, las alteraciones epigenéticas en células hematopoyéticas pueden generar la destrucción del fino equilibrio existente entre un correcto sistema de defensa, el desarrollo de procesos autoinmunes o una neoplasia hematológica (richardson, 2008). la desregulación epigenética ha sido descrita como una de las principales causas y consecuencias de desarrollo de cáncer. Pero la desregulación epigenética no solo es un factor etiológico clave en el desarrollo y la progresión tumoral, sino que existen numerosas enfermedades para las cuales también se han descrito alteraciones de éste tipo enfermedades genéticamente complejas, es decir, patologías cuya etiología se asocia a múltiples genes. Dentro de esta agrupación se incluyen entre otros diversos desórdenes neurológicos como el alzheimer, patologías cardiovasculares o enfermedades autoinmunes. En la mayoría de las enfermedades genéticamente complejas, para el desarrollo de la patología es necesario, además de una susceptibilidad genética, un factor ambiental desencadenante. El componente ambiental en este tipo de enfermedades se evidencia al observar las elevadas tasas de discordancia para el desarrollo de estas patologías en gemelos mz, a pesar de ser genéticamente idénticos. Los factores ambientales poseen la capacidad de modificación del perfil epigenético. Por ello, pueden participar directamente en la desregulación epigenética en aquellos individuos que desarrollan la enfermedad. los desórdenes autoinmunes son enfermedades multifactoriales en las que, bajo un contexto de susceptibilidad genética, diversos factores ambientales son necesarios para el desencadenamiento de la enfermedad. Varias líneas de evidencia indican que la dieta o el estilo de vida son capaces de modular la aparición de un proceso autoinmune en una persona con predisposición génica, en parte, a través de cambios epigenéticos. la desregulación epigenética en autoinmunidad es un campo científico poco explorado. Aunque el papel epigenético ha sido aceptado en base a diferentes observaciones previas, no existe un conocimiento profundo sobre los cambios de metilación del adn asociados a este tipo de patologías. Por ello, esta tesis doctoral ha permitido describir con mayor precisión las alteraciones epigeneticas asociadas a diferentes enfermedades autoinmunes, especialmente en lupus eritematoso sistémico, así como ha permitido fortalecer las conexiones existentes entre autoinmunidad y cáncer. con el objetivo de investigar la contribución de las alteraciones epigenéticas al desarrollo de las enfermedades autoinmunes, así como las conexiones existentes entre autoinmunidad y cáncer, y teniendo en cuenta todo lo anteriormente expuesto, la presente tesis se estructuró en torno a dos objetivos: 1) investigar el estado de metilación del dna de los promotores de una selección de genes de susceptibilidad a les 2) utilizar una estrategia high-throughput para ampliar la posible identificación de nuevos genes que se puedan encontrar desregulados a nivel de metilación de dna en autoinmunidad. como se ha citado con anterioridad, se plantearon dos objetivos. Para abordar el primer, se realizó una selección de nueve genes de susceptibilidad para el les. Inicialmente, se planteó realizar el análisis de metilación del dna en muestras de gemelos mz discordantes para les. Si la posesión de determinados polimorfismos genéticos se asocia a una mayor probabilidad de desarrollar les, cambios de metilación de las regiones reguladoras de estos genes (y consecuente alteración del nivel de expresión) también podrían estar relacionados con la etiología de esta enfermedad. Dadas las similitudes existentes entre las enfermedades autoinmunes y la carcinogénesis, así como el papel de supresión tumoral poseído por varios genes de susceptibilidad para el desarrollo del les, también se decidió analizar líneas celulares procedentes de distintos tipos tumorales. Contrariamente a los procesos autoinmunes, existe un profundo conocimiento sobre la desregulación epigenética en oncogénesis. Por ello, la identificación de puntos en común entre los dos grupos de enfermedades podría permitir la extrapolación de información epigenética para una mejor comprensión del proceso autoinmune. El estudio epigenético de estos promotores génicos en cáncer nos permitiría conocer en mayor profundidad la relación existente entre autoinmunidad y cáncer, la implicación de estas alteraciones en les y la función de los genes implicados. para alcanzar el segundo objetivo de esta tesis doctoral, se planteó el uso de arrays para investigar las alteraciones en los perfiles de metilación del dna asociadas a tres enfermedades autoinmunes íntimamente relacionadas: les, ar y dm. Para descartar la influencia de los polimorfismos genéticos en la etiología de estos desórdenes autoinmunes, el estudio se llevó a cabo en parejas de gemelos mz discordantes para dichos procesos autoinmunes. Así, cada pareja muestral es genéticamente idéntica entre sí por lo que la alteración autoinmune está estrechamente relacionada a los factores ambientales, influencias externas frecuentemente traducidas en cambios epigenéticos. el presente trabajo de doctorado ha permitido establecer una nueva línea de investigación en el laboratorio donde ha realizado la tesis doctoral. Además, su trabajo ha contribuido a la profundización de un campo científico, la desregulación epigenética en autoinmunidad, y ha permitido establecer diversas conexiones entre autoinmunidad y cáncer. respecto al primer objetivo anteriormente señalado, a pesar del corroborado papel de la desregulación epigenética en eldesarrollo del lupus eritematoso sistémico, nueve genes caracterizados por conferir susceptibilidad para dicha patología no sufren alteraciones en el perfil de metilación del adn de sus regiones promotoras en esta enfermedad autoinmune pero si en cáncer. Aunque los miembros de la familia ikaros poseen múltiples puntos en común, ikzf1 posee un patrón distintivo de hipermetilación de su promotor en cáncer colorrectal. Ikaros esta embebido en un punto caliente para la metilación localizado en la banda cromosómica 7p 12.1-12.2 donde su promotor se mantiene desmetilado en células normales pero desarrolla metilación con genes vecinos adicionales en cáncer colorrectal. La reintroducción de ikzf1 en células tumorales de colon y el posterior análisis por chip on chip nos ha permitido identificar una colección de dianas directas de este factor transcripcional relacionadas con la progresión del cáncer colorrectal. Estos resultados apoyan la teoría de que el silenciamiento epigenético de largo alcance puede tener efectos funcionales específicos en cáncer y el contexto cromosómico puede imponerse a la influencia de otros elementos reguladores en la determinación de que genes deben metilarsen durante el proceso tumoral. conforme al segundo objetivo de la presente tesis doctoral, el estudio a gran escala de los perfiles de metilación del adn de 15 parejas de gemelos monozigóticos discordantes para lupus eritematoso sistémico, artritis reumatoide y dermatomiositis reveló cambios de metilación de adn en 49 promotores génicos únicamente en el caso del lupus eritematoso sistémico. El análisis de la ontología génica de estos 49 genes diferencialmentemetilados en lupus eritematoso sistémico remarcó la implicación principal de estos en funciones inmunes. Además, este proyecto identificó hipometilación de las regiones 18s y 28s de la secuencia repetitiva arn ribosomal paralelamente a un descenso global del contenido de 5-metilcitosina en los pacientes lupus eritematoso sistémico las conclusiones generales obtenidas con el desarrollo de esta tesis doctoral son las siguientes: i. A pesar del corroborado papel de la desregulación epigenética en el desarrollo del lupus eritematoso sistémico, nueve genes caracterizados por conferir susceptibilidad para dicha patología no sufren alteraciones en el perfil de metilación del adn de sus regiones promotoras en esta enfermedad autoinmune pero si en cáncer. ii. Aunque los miembros de la familia ikaros poseen múltiples puntos en común, ikzf1 posee un patrón distintivo de hipermetilación de su promotor en cáncer colorrectal. iii. Ikaros esta embebido en un punto caliente para la metilación localizado en la banda cromosómica 7p 12.1-12.2 donde su promotor se mantiene desmetilado en células normales pero desarrolla metilación con genes vecinos adicionales en cáncer colorrectal. iv. La reintroducción de ikzf1 en células tumorales de colon y el posterior análisis por chip on chip nos ha permitido identificar una colección de dianas directas de este factor transcripcional relacionadas con la progresión del cáncer colorrectal. v. Estos resultados apoyan la teoría de que el silenciamiento epigenético de largo alcance puede tener efectos funcionales específicos en cáncer y el contexto cromosómico puede imponerse a la influencia de otros elementos reguladores en la determinación de que genes deben metilarsen durante el proceso tumoral. vi. Por otro lado, el estudio de células sanguíneas blancas procedentes de 15 parejas de gemelos monozigóticos discordantes para lupus eritematoso sistémico, artritis reumatoide y dermatomiositis reveló cambios de metilación de adn en 49 promotores génicos únicamente en el caso del lupus eritematoso sistémico. vii. El análisis de la ontología génica de estos 49 genes diferencialmente metilados en lupus eritematoso sistémico remarcó la implicación principal de estos en funciones inmunes. viii. Estos cambios de metilación ocurren paralelamente a un descenso global del contenido de 5-metilcitosina acompañado de cambios de metilación del adn y de expresión del arn ribosómico. ix. Estos datos no solo identifican marcadores potencialmente relevantes para la caracterización clínica de los pacientes con lupus eritematoso sistémico, sino que destacan la noción de que los cambios epigenéticos pueden ser críticos en la manifestación clínica de las enfermedades autoinmunes.
Datos académicos de la tesis doctoral «Desregulación epigenética en autoinmunidad y cáncer.«
- Título de la tesis: Desregulación epigenética en autoinmunidad y cáncer.
- Autor: Biola María Javierre Martinez
- Universidad: Autónoma de Madrid
- Fecha de lectura de la tesis: 14/01/2011
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Manel Esteller Badosa
- Tribunal
- Presidente del tribunal: jose Fernandez piqueras
- david Monk (vocal)
- pablo daniel Lapunzina badia (vocal)
- Miguel angel Peinado morales (vocal)