Bien, ahora en la segunda clase queremos pensar en los cambios específicos que vemos que ocurren en el epigenoma con la edad. Al menos aquellos que podemos resumir y creemos que ocurren de
manera relativamente consistente. Entonces, en términos de metilación del ADN, sabemos
que en las islas CpG, normalmente en una célula joven, encontrarías que las islas CpG, en general, estaban no–metiladas, mientras que encontrarías metilación diseminada a lo largo de los genes, entre los axones y en las regiones intergénicas, y particularmente en los elementos repetitivos. Y esto es realmente importante, como hemos discutido anteriormente, para poder mantener el silencio de estos elementos repetitivos y, por lo tanto, mantener la integridad genética. Pero en una célula vieja, lo que encontramos es que,
más comúnmente, encontramos que estas islas CpG se vuelven hipermetiladas, como lo muestran las paletas coloreadas, y las otras regiones se vuelven hipometiladas, es decir, aquí tenemos regiones específicas de hipermetilación y, en general, regiones de hipometilación a lo largo del resto del genoma. Entonces, lo que es particularmente sorprendente con esto es que
esto es exactamente lo mismo que ocurre en el cáncer. Entonces, en el cáncer, vemos regiones que están hipermetiladas en las islas CpG, pero en todo el genoma, particularmente las repeticiones en las regiones intergénicas están hipometiladas. Por lo tanto, esto es sorprendentemente similar al cáncer. Me gustaría hablar un poco más sobre los genes que realmente muestran que sus islas CpG están hipermetiladas tanto en el
envejecimiento como en el cáncer. Porque lo que es bastante interesante es que estos genes
están enriquecidos para aquellos que fueron marcados por la trimetilación H3K27 mediada por
el complejo represor polycomb 2, o PRC2, en células madre embrionarias y en células madre adultas. Y esta clase de genes es en realidad una clase realmente interesante de genes sobre lo que pensar. Aquí tengo algunas imágenes de los nucleosomas de la misma manera que te he mostrado antes. En las células madre embrionarias normales
y en las células madre adultas normales, eso significa que las células madre residentes en los tejidos, como
las células madre sanguíneas, o las células madre epiteliales u otras células madre neurales,
de hecho, ahora sabemos que existen, entonces encontramos algunos genes, encuentras una combinación de marcas, y estas son llamados: genes bivalentes. Son bivalentes porque tienen dos marcas epigenéticas
particulares que normalmente no encontrarías juntas. El primero es la trimetilación H3K27, establecida por el Complejo 2 polycomb represor, o PRC2, y sabemos que esta es normalmente una marca epigenética represiva. Pero en segundo lugar, en estos genes bivalentes, también tienes metilación H3K4, y esto normalmente es establecida por MLL, o Complejo de Leucemia de Linaje Mixto. Y esta es normalmente una marca epigenética activadora. Por lo tanto, encontrar estas dos marcas en los mismos genes fue particularmente inesperado cuando se identificó por primera vez en 2006. No sólo tienen estos genes, estos genes bivalentes, sino que también tienen estas dos marcas epigenéticas, junto
con la ARN polimerasa II, esto es requerido para la transcripción, pero es pobre en el promotor, aún no se transcribe a través del locus. Entonces, estos genes son reprimidos, no están siendo expresados. Pero no tienen metilación del ADN, y particularmente tienen estas modificaciones de histonas activas y represivas. Y así, el término "equilibrado" es el que se ha utilizado en toda
la literatura de forma generalizada para describir estos genes. Están listos para expresarse, están a punto de activarse o silenciarse, están listos para expresarse pero todavía no están activos
o son estrictamente silenciosos. Lo que sucede entonces es que, a través de la diferenciación, pueden volverse rápidamente inactivos a través de la pérdida de esa modificación
activa, la metilación de H3K4, o pueden activarse rápidamente a través de la pérdida de la
modificación inactiva de H3K27. Y lo que se piensa es que tienen estas marcas bivalentes, estas marcas dobles aquí, como lo demuestran las modificaciones
de histonas que te muestro aquí en las colas de histonas, que pueden activarse rápidamente o reprimirse rápidamente con las señales de diferenciación. Y sabemos que cuando estas señales de diferenciación llegan a través de células madre, ya sean embrionarias o adultas, deben
responder y diferenciarse rápidamente en el adulto porque a menudo es la respuesta a la sanación de una herida y en el embrión, porque este es un período muy rápido de desarrollo que ocurre poco después de la implantación. Entonces, lo que sabemos es que estos genes que tienen un dominio bivalente en su promotor tienden a ser genes importantes, están
involucrados en el desarrollo. Se les conoce como: reguladores del desarrollo, y eso es particularmente porque tienden a ser factores de transcripción que realmente definen un linaje, deseas que aparezcan en un linaje pero que se desactiven en el otro. Así, por ejemplo, el gen MYOG, o miogenina, se activaría en el linaje muscular pero no sería necesario en ningún otro linaje celular. Entonces, lo que sabemos que sucede en el cáncer es que estos mismos genes que fueron marcados de forma bivalente, tenían el dominio bivalente
en las células madre embrionarias, luego en el cáncer y en el envejecimiento se encuentra que están hipermetilados. Así que ahora no tienen estas marcas de histonas activas y represivas, pero en su lugar, tienen metilación del ADN como lo muestro aquí, justo al nivel de la citosina. Entonces, debido a que la metilación del ADN consideramos
que es una marca epigenética más estable en general, esto significa que ya no están en equilibrio para la activación sino que están reprimidos de manera más estable. Ahora, obviamente, a través de la acción de las enzimas
desmetilasas, las enzimas TET, podrían estar desmetiladas, pero en general, estos genes se encuentran desactivados de una manera bastante estable en el envejecimiento y en el cáncer. Entonces, aún no entendemos realmente por qué estos genes que eran bivalentes en células madre tienden a metilarse en el envejecimiento y en el cáncer, pero es un área realmente fascinante para el futuro. Entonces, ahora me gustaría pensar en los otros cambios
epigenéticos que ocurren a nivel de las histonas en el envejecimiento, y lo que esto nos dice sobre
el proceso de envejecimiento. En general, no consideramos que la acetilación de histonas
sea una marca epigenética porque no es estrictamente mitóticamente hereditaria. Pero hay algunas cosas realmente fascinantes que ocurren con
respecto a la acetilación de histonas con el envejecimiento, y en realidad aquí es donde podríamos tener algún tipo de medicamentos que podrían retardar el envejecimiento. Y por eso quería mencionar esto como un área realmente interesante. Por lo tanto, la acetilación histona H4 lisina 16, o acetilación H4K16, tiende a estar disminuida en el envejecimiento de las células. Ahora bien, esto no es realmente uniforme, pero como dije en la primera clase, muchos de los estudios tienen resultados contradictorios en términos de lo que sucede con varias marcas epigenéticas con el envejecimiento, pero algunas ciertamente, están disminuidas en las células que envejecen,
aunque en otros están aumentadas. Sabemos que la acetilación H4K16 normalmente está involucrada en la organización de orden superior de la cromatina, en otras palabras, la unión de los cromosomas entre sí en la arquitectura tridimensional de los cromosomas dentro del núcleo, y también está involucrado en la respuesta al daño del ADN. También sabemos que las enzimas que establecen la acetilación H4K16, hay varias, no es sólo una, pero una de las que deacetilan H4K16 es conocida como Sirt1. Así que Sirt1 en mamíferos tiene homólogos en organismos inferiores, particularmente Sir2 en gusanos, moscas y levaduras. Entonces, Sir2, si está sobreexpresado en gusanos, moscas y levaduras, en realidad prolonga la esperanza de vida de gusanos, moscas y levaduras. Así que va en contra de la disminución normal que puedes ver en su marca epigenética que se establece. Desafortunadamente, no sucede lo mismo en ratones. Si sobreexpresas Sirt1 en ratones, en realidad no obtienes un aumento en la esperanza de vida de mamíferos, pero, sí mejoras algunos de los aspectos del envejecimiento, entonces, en otras palabras, mejoras algunos de los fenotipos del envejecimiento, aunque el ratón ya no viva más. Entonces, si bien este no es un objetivo perfecto para poder activar Sirt1 en la gente para prolongar su esperanza de vida, es prometedor que quizás también tenga algún papel en el
envejecimiento de las personas. El segundo ejemplo a considerar involucra a Sirt6, otro miembro de la familia, pero, en cambio, Sirt6 participa en la acetilación de la histona H3 lisina 9. Entonces, nuevamente, la acetilación H3K9 tiende a agotarse con el envejecimiento, pero nuevamente, es variable y realmente depende del estudio. También es variable para lo que sucede con la acetilación H3K9 en el cáncer. Por lo tanto, no podemos establecer una correlación directa entre la
acetilación H3K9 en el envejecimiento y en el cáncer porque lo que sucede con la acetilación H3K9 en el cáncer depende del tipo de cáncer del que estamos hablando. Pero normalmente, Sirt6 media la acetilación H3K9, y esto es
importante en la reparación del ADN. Así, si tenemos mutantes en Sirt6, entonces tú tienes una
reparación defectuosa del ADN, y por supuesto, esto puede llevar a un envejecimiento prematuro y, por supuesto, también podría potencialmente conducir al cáncer. Pero lo que estamos interesados a hacer, es pensar en ello, ¿qué sucede si tienes una sobreexpresión o activación de Sirt6? Ahora sabemos que la sobreexpresión de Sirt6 resulta en una mayor
esperanza de vida en mamíferos, y esto es realmente emocionante. Y lo contrario también es cierto, si eliminas Sirt6 en ratones, esto acelera el envejecimiento, así que podemos decir que los cambios en la acetilación de H3K9,
mediada por Sirt6, realmente tienen un papel fundamental en el envejecimiento. Y lo que es interesante ahora, y volveré con esto al final, ahora hay medicamentos que buscan activar Sirt6 como una forma de mediar en los efectos del envejecimiento y posiblemente
prolongar la esperanza de vida humana. Por lo tanto, la última modificación clave a considerar en el envejecimiento, aunque podríamos hablar de todas las diversas modificaciones de histonas, pero la siguiente que tiene al menos más información disponible es la metilación
de la histona H4 lisina 20 (H4K20). Sabemos que esta puede estar disminuida en fibroblastos humanos envejecidos. Por lo tanto, se trata de fibroblastos que provienen de pacientes mayores,
pero también envejecidos in vitro. Sabemos que la metilación del H3K4 está aumentada en el riñón de rata, que es similar a una rata envejecida, o en muestras de hígado. Y así, nuevamente, tenemos esto, como puede ver, este tipo de enigma entre cuál de estos estudios es el más representativo de lo que realmente
ocurre en el envejecimiento. En muchos casos, cuando queremos saber acerca de los cambios epigenéticos en el cáncer, la gente recurre a síndromes de envejecimiento particulares, estos síndromes que se producen en las personas, donde tienen un envejecimiento prematuro y muy rápido. Uno de ellos es el Síndrome de Hutchinson–Gilford Progeria, del cual hablaré en las siguientes diapositivas. Y en este caso, vemos que la metilación de H4K20 aumenta en estos pacientes. Entonces, ¿para qué es la metilación H4K20? Bueno, normalmente es en los centrómeros, los telómeros, y recuerda que estos son heterocromatina constitutiva, por lo que siempre están reprimidos, pero también son regiones de control
de impresión y repeticiones. Por lo tanto, regiones de control de impresión y repeticiones, bueno,
las repeticiones, como sabemos, también están constitutivamente silenciadas, esto es, silenciadas todo el tiempo, y las regiones de control de impresión tienen un tipo muy especial de control epigenético. Pero en general, la metilación de H4K20 es una modificación represiva de histonas, una que se encuentra en regiones que están reprimidas transcripcionalmente. Así que pensemos en el Síndrome de Hutchinson–Gilford Progeria. Este es uno de los síndromes de envejecimiento prematuro, de
hecho, hay muchos de ellos, y es causado por mutaciones de novo, mutaciones que en lugar de que tú las heredes, porque tus padres también las tenían, se han producido de nuevo en la línea germinal de uno de tus padres, y es una mutación que se produce en un gen que codifica la lámina A. No significa que la lámina A ya no esté hecha, sino que significa que la proteína de la lámina A no está procesada correctamente. Entonces, las láminas están involucradas en la lámina nuclear, como te muestro aquí, entonces, recordarás que, en la segunda semana, hablamos de la lámina nuclear, como una región en la que las regiones de cromatina eran atraídas hacia la lámina nuclear, principalmente para
la transcripción o represión. Entonces, estos pacientes fabrican la lámina nuclear, producen la lámina A, pero no está hecha de manera normal y en realidad no hace
su trabajo de la manera normal. Y lo que significa es que estos pacientes envejecen extremadamente rápido y rara vez sobreviven hasta la adolescencia, es realmente un trastorno muy horrible. Entonces, si echas un vistazo aquí, aquí hay una foto de uno de estos pacientes, y hay muchas otras fotos que puedes encontrar en línea, tienden a parecerse a personas mayores cuando tienen sólo cinco o seis años. Y esta es una imagen aquí a la derecha de un núcleo de estos pacientes. Aquí hay un núcleo normal con la lámina A etiquetada con el color verde, y es atractivo y bellamente esférico. Y aquí podemos verlo sólo en dos dimensiones que es redondo. Pero en estos pacientes, mientras todavía tienen la lámina A, se muestra en verde, se puede ver esta morfología nuclear realmente anormal. Por lo tanto, sabemos que esta morfología nuclear anormal también significa que tienen heterocromatina desorganizada, en otras palabras, esas regiones que deberían estar silenciadas están desordenadas, no tienen una reparación adecuada del ADN y también tienen una mayor inestabilidad genómica, lo cual, por supuesto, dada la relación entre los cambios epigenéticos y los cambios genéticos, todos podrían estar relacionados entre sí. Entonces, ¿por qué está sucediendo esto en estos pacientes? Así que hay muchos cambios que están ocurriendo debido a esta interrupción de la lámina nuclear. Pero predominantemente tenemos interrumpida la heterocromatina, y eso se debe a que la heterocromatina tiende a necesitar unirse a esa región de la lámina nuclear, y esta lámina nuclear ya no es normal. Y tienes la expresión génica mal regulada. Y así, estos pacientes, desafortunadamente, tienen cambios a muy grande escala en su epigenoma, y cambios a gran escala en sus genes que se están expresando, lo que significa que tienen este envejecimiento prematuro. Pero la pregunta realmente sigue siendo: ¿este envejecimiento normal se está produciendo a un ritmo mucho más rápido? Entonces, ¿si queremos estudiar el envejecimiento normal, es informativo
el estudio de estos pacientes? El estudio de estos pacientes es ciertamente muy informativo,
por lo que podemos averiguar cómo tratar a estos pacientes y, con suerte, prolongar su esperanza de vida. ¿Pero es lo que nos pasa al resto de nosotros? ¿Es lo mismo que nos sucede al resto de nosotros, sólo acelerado?, y creo que eso está por verse. Entonces, lo que mencioné en algunas de estas diapositivas que
están pasando son las similitudes entre los cambios epigenéticos que vemos en el envejecimiento
y los que vemos en el cáncer. En general, todavía no tenemos un conjunto completo de datos
sobre ninguno de los temas, pero ciertamente no sobre el envejecimiento. Existe una literatura mucho más amplia sobre los cambios epigenéticos que ocurren en el cáncer. Por lo tanto, sabemos algunos de los cambios que se producen, pero algunos
de estos estudios se han realizado en el síndrome del envejecimiento como el Síndrome de Hutchinson Progeria. Algunos de ellos difieren entre los tejidos y también entre diferentes modelos. Y por lo tanto, es probable que haya variaciones entre todos estos escenarios en particular y necesitamos tener literatura mucho más profunda para
entender lo que está sucediendo. Habiendo dicho eso, todavía hay un alto grado de correlación entre los cambios que ocurren en el envejecimiento y los que ocurren en el cáncer. Entonces, hay variabilidad, habrá cosas que cambiarán específicamente con algunos tipos de cáncer y no con otros, pero en general, hay
muchos puntos en común, y así, esto lleva a la sospecha de que tal vez, los cambios relacionados con el envejecimiento son en realidad un precursor de malignidad. Entonces, tienes los cambios epigenéticos que ocurren normalmente con el cáncer, y tal vez esto nos predispone a ser capaces de contraer cáncer con la edad. Y por lo tanto, estos cambios epigenéticos subyacentes pueden
ser los eventos instigadores reales para el cáncer, y luego, si obtiene un golpe por encima de eso, por ejemplo, otro problema con el daño en el ADN o la sobreexpresión de un oncogén, esto nos dejará sobre el borde para lidiar con la génesis del tumor. Y, de nuevo, este tipo de estudios serán muy interesantes para el futuro. Entonces, mencioné al final de la última clase acerca de algunas de las ideas acerca de cómo esta variación epigenética ocurre con la edad. Y creo que la idea más predominante es que hay cierta deriva. Tenemos algunos errores epigenéticos estocásticos que ocurren y se mantienen a lo largo del tiempo. Y así, a medida que envejeces, cada vez se producen más cambios epigenéticos estocásticos y, por lo tanto, te has alejado más y más de lo normal, si lo deseas, pero eso podría estar desviando una dirección diferente entre
las células que se encuentran incluso dentro del tejido y, ciertamente, entre tú y otro individuo. Lo que es bastante interesante, creo, es pensar cómo el entorno podría influir en estos cambios epigenéticos o podría influir en la deriva epigenética. Así que ahora sabemos que la exposición a la inflamación crónica puede
cambiar el estado epigenético, puede llevar a la retroalimentación, y sin embargo, la inflamación crónica también es una característica del envejecimiento. Entonces, ¿cuál es la relación entre estos dos? ¿Qué viene primero, si quieres? También conocemos otros factores dietéticos que pueden influir en el estado epigenético. ¿Estos factores dietéticos, la exposición general a factores dietéticos particulares que ocurren durante tu lapso de vida, alteran tu estado epigenético y alteran esta deriva que está ocurriendo? Entonces, como mencioné anteriormente, hay mayores
diferencias entre los gemelos viejos y los gemelos jóvenes, incluso en el caso de la identidad genética. Entonces, estos datos tienden a llevar el apoyo a la idea de que lo que realmente está sucediendo con el envejecimiento es una acumulación de errores epigenéticos que pueden ser influenciados por el medio ambiente a lo largo de nuestra vida. Pero aparte de esta deriva que ocurre, ¿hay otros cambios concertados que ocurren en los factores epigenéticos en sí mismos? Sabemos que en el cáncer, que tiene muchas características
similares al envejecimiento, hay cambios en los mismos reguladores epigenéticos. Entonces, con el envejecimiento, ¿es todo estocástico o también tenemos cambios en los mismos factores epigenéticos? Bueno, hay algunos y tal vez habrán más revelados con el tiempo. Pero en este momento, lo que sabemos es que la DNMT1, la
metiltransferasa de mantenimiento y la DNMT3A, que está involucrada en la reducción de novo de la metilación,
decrecen con el envejecimiento. Y esto sugeriría cómo tendemos a obtener la desmetilación con el tiempo. Sin embargo, también tenemos hipermetilación en algunas islas CpG. Y sabemos que DNMT3B tiende a aumentar en algunos tipos de células. Y, en particular, esto se encuentra en las células senescentes. Ahora, recuerda que dije que las células senescentes aumentan
con el envejecimiento, pero la senescencia en sí misma no es envejecimiento. Nuevamente, no sabemos realmente si esto ocurre en el envejecimiento normal o si simplemente ocurre en la senescencia, pero potencialmente, esto podría explicar algunas de las diferencias que podemos ver que
ocurren en la metilación del ADN. En general, en las células envejecidas, creemos que hay menos cambios
en los modificadores epigenéticos, o al menos menos que hemos identificado hasta ahora, en comparación con lo que vemos en los cánceres francos, donde tenemos muchas mutaciones o cambios en la expresión de los
modificadores epigenéticos, pero realmente esto queda por examinarse con futuros experimentos. Entonces, creo que una de las cosas más interesantes en las que pensar es este conocimiento sobre algunos de los cambios epigenéticos que ocurren con la edad, esto sugiere algún tratamiento para el envejecimiento, porque, obviamente, la mayoría de nosotros nos gustaría encontrar la fuente de la juventud. Nos gustaría trabajar en cómo podemos prevenir el envejecimiento, cómo podemos extender nuestra vida útil, no sólo extender nuestra
expectativa vida necesariamente, sino que nos mantengan siendo de cien años de edad, probablemente no sea lo mejor, sino, extienda el período de nuestras vidas donde nos sintamos productivos, sanos y bien. Entonces, debido a que ya tenemos medicamentos que
afectan la maquinaria epigenética debido a la gran cantidad de trabajo que se ha dedicado a buscar estos medicamentos para la quimioterapia contra el cáncer,
una idea es que podríamos usar estos no sólo como medicamentos anticancerosos, sino también potencialmente para
prevenir el envejecimiento. Obviamente, esto requeriría que usemos estos medicamentos en
personas aproximadamente normales, y esto es aterrador en muchos casos porque sabemos que si alteramos el epigenoma, quizás si esto no ocurre de una manera muy regulada, podría causar más daño que beneficio. Pero potencialmente a lo largo del tiempo, estos inhibidores epigenéticos podrían dirigirse a sitios particulares en el ADN donde sabemos que están comúnmente metilados en
el envejecimiento, por ejemplo. Probablemente, los fármacos que están más adelantados con respecto al envejecimiento son los que intentan activar SIRT6 y quizás también otros SIRT, y recuerdas que SIRT6, si lo sobreexpresas, extendía la esperanza de vida en mamíferos. Y lo que están tratando de hacer ahora es poder activar la función de SIRT6 para promover su actividad y, por lo tanto, prolongar la expectativa de vida. Será interesante ver si estos productos químicos que abundan
y que pueden hacer esto ahora, realmente ingresen a la clínica y usados de forma común cuando se administren. Pero me imagino que lo que probablemente terminemos siendo
es que este tipo de medicamentos se seguirán usando con otros tratamientos anti–envejecimiento que ya existen y que en realidad reciben mucha prensa y mucha cobertura. El que muchas personas han escuchado es la restricción calórica. Entonces, lo que se muestra, en primer lugar, en gusanos, creo, es que si disminuyes la ingesta de calorías, puedes prolongar su expectativa de vida. Y esto es cierto, parece que en otros modelos también, como los ratones. Y así, hay personas ahí fuera, no necesariamente pacientes, personas que restringen deliberadamente la cantidad de calorías que ingieren porque parece prolongar la duración de tu vida. Aquellos de nosotros que realmente nos gusta el chocolate,
no nos gusta esta respuesta. A mi no me gusta. Prefiero comer todo el chocolate que me guste y, por lo tanto, también hay otros mecanismos que están siendo investigados. Por ejemplo, los medicamentos antiinflamatorios. Muchos pacientes toman aspirina todo el tiempo, esto diluye un poco la sangre además de ser antiinflamatorio, y sabemos que la inflamación crónica ocurre con la edad, y si puedes reducirla, puedes reducir algunos de los signos del envejecimiento, y también, debido a que existe una interrelación potencial entre la inflamación crónica y los cambios epigenéticos, tal vez haya otros efectos secundarios beneficiosos. Y la aspirina, además de ser bastante molesta para el estómago, al menos en su recubrimiento entérico, no parece
tener efectos secundarios graves. Pero también hay muchos laboratorios en muchos lugares del mundo que están buscando terapias con células madre. ¿Podemos usar células madre para estimular de nuevo nuestras células madre? Esto es más que observar las causas originales del envejecimiento que causan el daño cuando pensamos en las características distintivas, esto es más en el nivel fenotípico. ¿Podemos restaurar algunas células madre para devolver
algunas células que podrían ayudar con la curación de heridas o con otros aspectos que no están
relacionados con el envejecimiento? Espero que esto realmente haya despertado tu interés en este campo de la epigenética y el envejecimiento. Hay algunas revisiones que te hemos dado en línea para que puedas leer sobre esto un poco más ampliamente. Y espero que promueva una discusión activa dentro de los foros de discusión porque es algo que nos afecta a todos y a un área que es un área de investigación muy actual y activa.
