Cambios dinámicos en el metiloma humano durante la diferenciación.
Año de publicación:
2010
Identificación de PubMed:
20133333
Subvenciones de financiación:
Resumen público:
Todas las células de nuestro cuerpo, excepto algunas células del sistema inmunológico, tienen la misma secuencia de ADN. Cada tipo de célula tiene un conjunto diferente de genes activos que le permiten funcionar correctamente. Por ejemplo, las células musculares producen miosina, que permite que los músculos se contraigan, mientras que las células del páncreas no producen miosina, sino insulina para regular los niveles de glucosa en sangre. "Epigenética" se refiere a los procesos que afectan la actividad del genoma sin cambiar la secuencia (genética) del ADN. Un tipo de proceso epigenético son las modificaciones del ADN llamadas metilación. Las "C" de la secuencia del ADN pueden metilarse, lo que las hace lucir diferentes a las moléculas reguladoras que se unen al ADN y hacen que los genes estén activos. Por lo general, la metilación de las C en los genes los desactiva. Queríamos comprender cómo las células madre pluripotentes humanas cambian el patrón de metilación de su ADN cuando se transforman en células diferenciadas que expresan un grupo de genes muy diferente. Secuenciamos todo el "metiloma" de las células ES humanas antes y después de que se diferenciaran. Esta es la primera vez que se secuencia completamente el metiloma del desarrollo humano. Nuestro esfuerzo equivalió a secuenciar todo el genoma humano, dos veces para cada tipo de célula, para un total de seis secuencias genómicas completas. Encontramos cambios sorprendentes en la metilación de genes a medida que las células se diferenciaban. Casi todos fueron inesperados, por lo que ahora hemos abierto la puerta a un campo científico completamente nuevo: comprender el desarrollo humano y las enfermedades mediante el estudio de los detalles del epigenoma.
Resumen científico:
La metilación del ADN es un regulador epigenético crítico en el desarrollo de los mamíferos. Aquí, presentamos una visión comparativa de todo el genoma de la metilación del ADN mediante secuenciación con bisulfito de tres tipos de células cultivadas que representan etapas progresivas de diferenciación: células madre embrionarias humanas (hESC), un derivado fibroblástico diferenciado de las hESC y fibroblastos neonatales. Como referencia, comparamos nuestros mapas con un mapa de metiloma de un tipo de célula adulta completamente diferenciada, células mononucleares maduras de sangre periférica (monocitos). Observamos muchas características notables comunes y específicas de cada tipo de célula entre todos los tipos de células. La hipometilación del promotor (tanto CG como CA) y los niveles más altos de metilación del cuerpo genético se correlacionaron positivamente con la transcripción en todos los tipos de células. Los exones estaban más metilados que los intrones, y se produjeron transiciones bruscas de metilación en los límites exón-intrón, lo que sugiere un papel de la metilación diferencial en el empalme de la transcripción. La etapa de desarrollo se reflejó tanto en el nivel de metilación global como en el grado de metilación no CpG, con hESC más alto, fibroblastos intermedio y monocitos más bajo. Se observaron perfiles de metilación diferencial asociados a la diferenciación para genes regulados por el desarrollo, incluidos los grupos HOX, otros factores de transcripción homeobox y genes asociados a la pluripotencia como POU5F1, TCF3 y KLF4. Nuestros resultados resaltan el valor de los mapas de metilación de alta resolución, junto con otros análisis a nivel de sistemas, para la investigación de mecanismos reguladores del desarrollo previamente indetectables.