Desmetilación del ADN
Eliminación de un grupo metilo de uno o más nucleótidos dentro de una molécula de ADN.
La metilación del ADN es la adición de un grupo metilo al ADN que ocurre en la citosina . La imagen muestra una base de un solo anillo de citosina y un grupo metilo agregado al carbono 5. En los mamíferos, la metilación del ADN ocurre casi exclusivamente en una citosina seguida de una guanina .

En el caso de la biología molecular en mamíferos, la desmetilación del ADN provoca la sustitución de la 5-metilcitosina (5mC) en una secuencia de ADN por citosina (C) (véase la figura de 5mC y C). La desmetilación del ADN puede producirse mediante un proceso activo en el sitio de una 5mC en una secuencia de ADN o, en células en replicación, al impedir la adición de grupos metilo al ADN, de modo que el ADN replicado contenga en gran medida citosina en la secuencia de ADN (la 5mC se diluirá).

La citosina metilada está frecuentemente presente en la secuencia lineal de ADN donde una citosina es seguida por una guanina en una dirección 5' → 3' (un sitio CpG ). En los mamíferos, las metiltransferasas de ADN (que añaden grupos metilo a las bases de ADN) exhiben una fuerte preferencia de secuencia por las citosinas en los sitios CpG . [1] Parece haber más de 20 millones de dinucleótidos CpG en el genoma humano (ver distribución genómica ). En los mamíferos, en promedio, entre el 70% y el 80% de las citosinas CpG están metiladas, [2] aunque el nivel de metilación varía con diferentes tejidos. Las citosinas metiladas a menudo se presentan en grupos o islas CpG dentro de las regiones promotoras de los genes , donde dicha metilación puede reducir o silenciar la expresión génica (ver expresión génica ). Sin embargo, las citosinas metiladas en el cuerpo del gen están correlacionadas positivamente con la expresión. [3]

Casi el 100% de la desmetilación del ADN se produce por una combinación de dilución pasiva y eliminación enzimática activa durante la reprogramación que ocurre en la embriogénesis temprana y en la gametogénesis . Otra gran desmetilación, de alrededor del 3% de todos los genes, puede ocurrir por desmetilación activa en neuronas durante la formación de una memoria fuerte. [4] Después de la cirugía, se encuentran desmetilaciones en células mononucleares de sangre periférica en sitios anotados a genes del sistema inmunológico. [5] Las desmetilaciones también ocurren durante la formación de cánceres. [6] Durante la hipometilación global del ADN de los genomas tumorales, hay una reducción menor a moderada del número de citosinas metiladas (5mC) que equivale a una pérdida de alrededor del 5% al ​​20% en promedio de las bases 5mC. [7]

Desarrollo embrionario

Niveles de metilación durante el desarrollo embrionario temprano del ratón.

Desarrollo embrionario temprano

El genoma del esperma de ratón está metilado en un 80-90% en sus sitios CpG en el ADN, lo que suma alrededor de 20 millones de sitios metilados. [ cita requerida ] Después de la fertilización , el cromosoma paterno se desmetila casi por completo en seis horas mediante un proceso activo, antes de la replicación del ADN (línea azul en la Figura).

La desmetilación del genoma materno ocurre por un proceso diferente. En el ovocito maduro , alrededor del 40% de sus sitios CpG en el ADN están metilados. Mientras que las células somáticas de los mamíferos tienen tres metiltransferasas de ADN principales (que agregan grupos metilo a las citosinas en los sitios CpG), DNMT1 , DNMT3A y DNMT3B , en el embrión preimplantacional hasta la etapa de blastocisto (ver Figura), la única metiltransferasa presente es una isoforma de DNMT1 denominada DNMT1o. [8] DNMT1o tiene un promotor específico de ovocito alternativo y un primer exón (exón 1o) ubicado 5' de los promotores somáticos y de espermatocito. Como revisaron Howell et al., [8] DNMT1o está secuestrado en el citoplasma de los ovocitos maduros y en embriones de 2 y 4 células, pero en la etapa de 8 células solo está presente en el núcleo. En la etapa de 16 células (la mórula ), la DNMT1o se encuentra nuevamente solo en el citoplasma. Parece que la desmetilación de los cromosomas maternos se produce en gran parte por el bloqueo de la enzima metilante DNMT1o, que impide su entrada al núcleo, excepto brevemente en la etapa de 8 células. El ADN de origen materno sufre así una desmetilación pasiva por dilución del ADN materno metilado durante la replicación (línea roja en la Figura). La mórula (en la etapa de 16 células) tiene solo una pequeña cantidad de metilación del ADN (línea negra en la Figura).

DNMT3b comienza a expresarse en el blastocisto. [9] La metilación comienza a aumentar a los 3,5 días después de la fertilización en el blastocisto , y luego ocurre una gran ola de metilación en los días 4,5 a 5,5 en el epiblasto , pasando del 12% al 62% de metilación y alcanzando el nivel máximo después de la implantación en el útero. [10] Para el día siete después de la fertilización, las células germinales primordiales (PGC) recién formadas en el embrión implantado se segregan de las células somáticas restantes . En este punto, las PGC tienen aproximadamente el mismo nivel de metilación que las células somáticas.

Gametogénesis

Las células germinales primordiales (PGC) recién formadas en el embrión implantado se involucionan a partir de las células somáticas. En este punto, las PGC tienen altos niveles de metilación. Estas células migran desde el epiblasto hacia la cresta gonadal . Como revisaron Messerschmidt et al., [11] la mayoría de las PGC se detienen en la fase G2 del ciclo celular, mientras migran hacia el intestino posterior durante los días embrionarios 7.5 a 8.5. Luego, la desmetilación de las PGC tiene lugar en dos oleadas. [11] En el día 9.5, las células germinales primordiales comienzan a replicarse rápidamente pasando de aproximadamente 200 PGC en el día embrionario 9.5 a aproximadamente 10,000 PGC en el día 12.5. [12] Durante los días 9.5 a 12.5, DNMT3a y DNMT3b son reprimidos y DNMT1 está presente en el núcleo en un alto nivel. Pero DNMT1 no puede metilar citosinas durante los días 9,5 a 12,5 porque el gen UHRF1 (también conocido como NP95 ) está reprimido y UHRF1 es una proteína esencial necesaria para reclutar DNMT1 a los focos de replicación donde tiene lugar la metilación de mantenimiento del ADN. [12] Esta es una forma pasiva de dilución de desmetilación.

Además, desde el día 9,5 hasta el 13,5 del embrión hay una forma activa de desmetilación. Como se indica más adelante en "Etapas moleculares de la reprogramación activa", dos enzimas son fundamentales para la desmetilación activa. Se trata de una metilcitosina dioxigenasa de translocación diez-once (TET) y una timina-ADN glicosilasa (TDG). Una enzima TET en particular, TET1, y TDG están presentes en altos niveles desde el día 9,5 hasta el 13,5 del embrión, [12] y se emplean en la desmetilación activa durante la gametogénesis. [11] Los genomas de PGC muestran los niveles más bajos de metilación del ADN de todas las células en todo el ciclo de vida del ratón en el día embrionario 13,5. [13]

Aprendizaje y memoria

Regiones del cerebro implicadas en la formación de la memoria

El aprendizaje y la memoria tienen niveles de permanencia, a diferencia de otros procesos mentales como el pensamiento, el lenguaje y la conciencia, que son de naturaleza temporal. El aprendizaje y la memoria pueden acumularse de forma lenta (tablas de multiplicar) o rápida (tocar una estufa caliente), pero una vez alcanzados, pueden recuperarse para un uso consciente durante mucho tiempo. Las ratas sometidas a una instancia de condicionamiento del miedo contextual crean una memoria a largo plazo especialmente fuerte. A las 24 horas después del entrenamiento, se encontró que el 9,17% de los genes en los genomas de las neuronas del hipocampo de la rata estaban metilados de forma diferencial . Esto incluía más de 2000 genes metilados de forma diferencial a las 24 horas después del entrenamiento, con más de 500 genes desmetilados. [4] También se obtuvieron resultados similares a los del hipocampo de la rata en ratones con condicionamiento del miedo contextual. [14]

La región del hipocampo del cerebro es donde se almacenan por primera vez los recuerdos del miedo contextual (véase la figura del cerebro, en esta sección), pero este almacenamiento es transitorio y no permanece en el hipocampo. En ratas, el condicionamiento del miedo contextual se elimina cuando el hipocampo se somete a una hipocampectomía solo un día después del condicionamiento, pero las ratas retienen una cantidad considerable de miedo contextual cuando la hipocampectomía se retrasa cuatro semanas. [15] En ratones, examinados a las 4 semanas después del condicionamiento, las metilaciones y desmetilaciones del hipocampo se invirtieron (el hipocampo es necesario para formar recuerdos, pero los recuerdos no se almacenan allí), mientras que se produjo una metilación y desmetilación diferencial sustancial de CpG en las neuronas corticales durante el mantenimiento de la memoria. Había 1.223 genes metilados diferencialmente en la corteza cingulada anterior de ratones cuatro semanas después del condicionamiento del miedo contextual. Por lo tanto, si bien hubo muchas metilaciones en el hipocampo poco después de que se formara la memoria, todas estas metilaciones del hipocampo se desmetilaron tan pronto como cuatro semanas después.

Desmetilación en el cáncer

El genoma humano contiene alrededor de 28 millones de sitios CpG, y aproximadamente el 60% de los sitios CpG están metilados en la posición 5 de la citosina. [16] Durante la formación de un cáncer hay una reducción promedio del número de citosinas metiladas de alrededor del 5% al ​​20%, [17] o alrededor de 840,00 a 3,4 millones de desmetilaciones de sitios CpG.

La DNMT1 metila los CpG en el ADN hemimetilado durante la replicación del ADN. Por lo tanto, cuando una cadena de ADN tiene un CpG metilado y la cadena recién replicada durante la replicación semiconservativa carece de un grupo metilo en el CpG complementario, la DNMT1 normalmente se recluta al sitio hemimetilado y agrega un grupo metilo a la citosina en el CpG recién sintetizado. Sin embargo, el reclutamiento de la DNMT1 a los sitios CpG hemimetilados durante la replicación del ADN depende de la proteína UHRF1 . Si la UHRF1 no se une a un sitio CpG hemimetilado, entonces la DNMT1 no se recluta y no puede metilar el sitio CpG recién sintetizado. La arginina metiltransferasa PRMT6 regula la metilación del ADN metilando la arginina en la posición 2 de la histona 3 (H3R2me2a). [18] (Ver Metilación de proteínas#Arginina ). En presencia de H3R2me2a, UHRF1 no puede unirse a un sitio CpG hemimetilado, y entonces DNMT1 no es reclutado al sitio, y el sitio permanece hemimetilado. Tras rondas de replicación posteriores, el CpG metilado se diluye pasivamente. PRMT6 se sobreexpresa con frecuencia en muchos tipos de células cancerosas. [19] La sobreexpresión de PRMT6 puede ser una fuente de desmetilación del ADN en el cáncer.

Etapas moleculares de la reprogramación activa

Para la reprogramación enzimática y activa del metiloma del ADN se requieren tres etapas moleculares . Etapa 1: Reclutamiento. Las enzimas necesarias para la reprogramación se reclutan en los sitios del genoma que requieren desmetilación o metilación. Etapa 2: Implementación. Tienen lugar las reacciones enzimáticas iniciales. En el caso de la metilación, se trata de un paso corto que da como resultado la metilación de la citosina a 5-metilcitosina. Etapa 3: Reparación del ADN por escisión de bases. Los productos intermedios de la desmetilación son catalizados por enzimas específicas de la vía de reparación del ADN por escisión de bases que finalmente restauran la cistosina en la secuencia de ADN.

Etapa 2 de desmetilación activa

Desmetilación de la 5-metilcitosina. Desmetilación de la 5-metilcitosina (5mC) en el ADN de las neuronas. Como se revisó en 2018, [20] en las neuronas cerebrales, la 5mC es oxidada por una dioxigenasa TET para generar 5-hidroximetilcitosina (5hmC). En pasos sucesivos, una enzima TET hidroxila aún más la 5hmC para generar 5-formilcitosina (5fC) y 5-carboxilcitosina (5caC). La glicosilasa de ADN-timina (TDG) reconoce las bases intermedias 5fC y 5caC y escinde el enlace glucosídico, lo que da como resultado un sitio apirimidínico (sitio AP). En una vía de desaminación oxidativa alternativa, el complejo de edición de ARNm de la citidina desaminasa/apolipoproteína B inducido por actividad (AID/APOBEC) puede desaminar oxidativamente el 5hmC para formar 5-hidroximetiluracilo (5hmU). El 5mC también se puede convertir en timina (Thy). El 5hmU se puede escindir mediante TDG, la uracilo-ADN glicosilasa 1 monofuncional selectiva de cadena sencilla (SMUG1), la ADN glicosilasa 1 similar a Nei (NEIL1) o la proteína de unión a metil-CpG 4 (MBD4). Los sitios AP y los desajustes T:G se reparan luego mediante enzimas de reparación por escisión de bases (BER) para producir citosina (Cyt).

La desmetilación de la 5-metilcitosina para generar 5-hidroximetilcitosina (5hmC) muy a menudo implica inicialmente la oxidación de 5mC (ver Figura en esta sección) por las diez-once translocaciones metilcitosina dioxigenasas ( enzimas TET ). [21] Los pasos moleculares de esta desmetilación inicial se muestran en detalle en las enzimas TET . En pasos sucesivos (ver Figura) las enzimas TET hidroxilan aún más 5hmC para generar 5-formilcitosina (5fC) y 5-carboxilcitosina (5caC). La timina-ADN glicosilasa (TDG) reconoce las bases intermedias 5fC y 5caC y escinde el enlace glucosídico dando como resultado un sitio apirimidínico (sitio AP). A esto le sigue la reparación por escisión de bases (etapa 3). En una vía de desaminación oxidativa alternativa, la 5hmC puede ser desaminada oxidativamente por las desaminasas APOBEC (AID/APOBEC) para formar 5-hidroximetiluracilo (5hmU). Además, la 5mC puede convertirse en timina (Thy). La 5hmU puede ser escindida por TDG, MBD4 , NEIL1 o SMUG1 . Los sitios AP y los desajustes T:G son luego reparados por enzimas de reparación por escisión de bases (BER) para producir citosina (Cyt). La familia TET de dioxigenasas se emplea en el tipo más frecuente de reacciones de desmetilación. [21]

Familia TET

Las isoformas de la dioxigenasa TET incluyen al menos dos isoformas de TET1, una de TET2 y tres isoformas de TET3. [22] [23] La isoforma canónica TET1 de longitud completa parece estar prácticamente restringida a embriones tempranos, células madre embrionarias y células germinales primordiales (PGC). La isoforma TET1 dominante en la mayoría de los tejidos somáticos, al menos en el ratón, surge del uso de un promotor alternativo que da lugar a una transcripción corta y una proteína truncada denominada TET1s. Las isoformas de TET3 son la forma de longitud completa TET3FL, una variante de empalme de forma corta TET3s y una forma que se produce en ovocitos y neuronas denominada TET3o. TET3o se crea mediante el uso de un promotor alternativo y contiene un primer exón N-terminal adicional que codifica 11 aminoácidos. TET3o solo se produce en ovocitos y neuronas y no se expresa en células madre embrionarias ni en ningún otro tipo de célula o tejido de ratón adulto analizado. Mientras que la expresión de TET1 apenas se puede detectar en ovocitos y cigotos, y la de TET2 solo se expresa moderadamente, la variante TET3, TET3o, muestra niveles extremadamente altos de expresión en ovocitos y cigotos, pero está casi ausente en la etapa de dos células. Es posible que TET3o, que se encuentra en niveles altos en neuronas, ovocitos y cigotos en la etapa de una célula, sea la principal enzima TET utilizada cuando se producen desmetilaciones rápidas a gran escala en estas células.

Etapa 1 de la desmetilación: reclutamiento de TET al ADN

Las enzimas TET no se unen específicamente a la 5-metilcitosina , excepto cuando son reclutadas. Sin reclutamiento ni orientación, TET1 se une predominantemente a promotores de CG altos e islas CpG (CGI) en todo el genoma mediante su dominio CXXC que puede reconocer CGI no metiladas . [24] TET2 no tiene afinidad por la 5-metilcitosina en el ADN. [25] El dominio CXXC de la TET3 de longitud completa, que es la forma predominante expresada en las neuronas, se une con mayor fuerza a las CpG donde la C se convirtió en 5-carboxicitosina (5caC). Sin embargo, también se une a las CpG no metiladas . [23]

Inicio de la desmetilación del ADN en un sitio CpG . En las células somáticas adultas, la metilación del ADN ocurre típicamente en el contexto de dinucleótidos CpG ( sitios CpG ), formando 5-metilcitosina -pG, (5mCpG). Las especies reactivas de oxígeno (ROS) pueden atacar a la guanina en el sitio del dinucleótido, formando 8-hidroxi-2'-desoxiguanosina (8-OHdG), y dando como resultado un sitio de dinucleótido 5mCp-8-OHdG. La enzima de reparación por escisión de bases OGG1 se dirige a 8-OHdG y se une a la lesión sin escisión inmediata. OGG1, presente en un sitio 5mCp-8-OHdG recluta a TET1 y TET1 oxida el 5mC adyacente al 8-OHdG. Esto inicia la desmetilación de 5mC [26] como se muestra en la figura anterior.

Para que una enzima TET inicie la desmetilación, primero debe ser reclutada a un sitio CpG metilado en el ADN. Dos de las proteínas que han demostrado reclutar una enzima TET a una citosina metilada en el ADN son OGG1 (ver la figura Inicio de la desmetilación del ADN en un sitio CpG) [26] y EGR1 . [27]

OGG1

La oxoguanina glicosilasa (OGG1) cataliza el primer paso en la reparación por escisión de bases de la base 8-OHdG dañada oxidativamente . OGG1 encuentra 8-OHdG deslizándose a lo largo del ADN lineal a 1000 pares de bases de ADN en 0,1 segundos. [28] OGG1 encuentra 8-OHdG muy rápidamente. Las proteínas OGG1 se unen al ADN dañado oxidativamente con un tiempo máximo medio de aproximadamente 6 segundos. [29] Cuando OGG1 encuentra 8-OHdG, cambia de conformación y forma complejos con 8-OHdG en su bolsillo de unión. [30] OGG1 no actúa inmediatamente para eliminar el 8-OHdG. La eliminación máxima de la mitad de 8-OHdG lleva unos 30 minutos en células HeLa in vitro , [31] o unos 11 minutos en los hígados de ratones irradiados. [32] La oxidación del ADN por especies reactivas de oxígeno ocurre preferentemente en una guanina en un sitio CpG metilado, debido a un potencial de ionización reducido de las bases de guanina adyacentes a la 5-metilcitosina. [33] TET1 se une (es reclutado) a la OGG1 unida a 8-OHdG (ver figura). [26] Esto probablemente permite que TET1 desmetile una citosina metilada adyacente. Cuando las células epiteliales mamarias humanas (MCF-10A) fueron tratadas con H 2 O 2 , 8-OHdG aumentó en el ADN en 3,5 veces y esto causó aproximadamente el 80% de desmetilación de las 5-metilcitosinas en el genoma MCF-10A. [26]

EGR1

El gen proteína 1 de respuesta al crecimiento temprano ( EGR1 ) es un gen temprano inmediato (IEG). EGR1 puede ser inducido rápidamente por la actividad neuronal. [34] La característica definitoria de los IEG es la rápida y transitoria regulación positiva, en cuestión de minutos, de sus niveles de ARNm independientemente de la síntesis de proteínas. [35] En la edad adulta, EGR1 se expresa ampliamente en todo el cerebro, manteniendo niveles de expresión basales en varias áreas clave del cerebro, incluida la corteza prefrontal medial, el cuerpo estriado, el hipocampo y la amígdala. [35] Esta expresión está vinculada al control de la cognición, la respuesta emocional, el comportamiento social y la sensibilidad a la recompensa. [35] EGR1 se une al ADN en sitios con los motivos 5′-GCGTGGGCG-3′ y 5'-GCGGGGGCGG-3′ y estos motivos ocurren principalmente en regiones promotoras de genes. [34] La isoforma corta TET1s se expresa en el cerebro. EGR1 y TET1s forman un complejo mediado por las regiones C-terminales de ambas proteínas, independientemente de la asociación con el ADN. [34] EGR1 recluta a TET1s a las regiones genómicas que flanquean los sitios de unión de EGR1. [34] En presencia de EGR1, TET1s es capaz de realizar una desmetilación específica del locus y la activación de la expresión de genes posteriores regulados por EGR1. [34]

Intermedio de desmetilación del ADN 5hmC

Como se indica en la Figura anterior, titulada "Desmetilación de 5-metilcitosina", el primer paso en la desmetilación activa es una oxidación TET de 5-metilcitosina (5mC) a 5-hidroximetilcitosina (5hmC). El proceso de desmetilación, en algunos tejidos y en algunas ubicaciones del genoma, puede detenerse en ese punto. Como revisaron Uribe-Lewis et al., [36] además de ser un intermediario en la desmetilación activa del ADN, 5hmC es a menudo una modificación estable del ADN. Dentro del genoma, 5hmC se encuentra en genes transcripcionalmente activos, elementos reguladores y complejos asociados a la cromatina. En particular, 5hmC cambia dinámicamente y se correlaciona positivamente con la transcripción génica activa durante la especificación del linaje celular , y se encuentran altos niveles de 5hmC en células madre embrionarias y en el sistema nervioso central . [37] En los seres humanos, la actividad 5-hidroximetilante defectuosa se asocia con un fenotipo de linfoproliferación, inmunodeficiencia y autoinmunidad. [38]

Reparación por escisión de base en etapa 3

Ejemplo de reparación por escisión de bases de la 5-formilcitosina (5fC) (adyacente a la 8-OHdG, una guanina oxidada) mediante reparación de parche corto o reparación de parche largo. Dos cadenas de ADN están representadas por líneas horizontales paralelas. La primera flecha hacia abajo muestra la ADN glicosilasa de timina (TDG) que elimina la 5-formilcitosina (5fC) de la cadena principal del ADN, dejando un sitio apirimidínico. Luego, la endonucleasa AP escinde la desoxirribosa-fosfato 5' en la cadena principal del ADN de una sola cadena, dejando un extremo hidroxi 3' y un extremo fosfato de desoxirribosa 5' (segunda flecha hacia abajo). A esto le sigue la reparación de parche corto o de parche largo. En la reparación de parche corto, la 5' dRP liasa recorta el extremo 5' dRP para formar un extremo 5' fosforilado. A continuación, la ADN polimerasa β (Pol β) añade una única citosina opuesta a la guanina preexistente en la cadena complementaria y, a continuación, la ADN ligasa sella la cadena cortada. En la reparación de parche largo, se cree que la síntesis de ADN está mediada por la polimerasa δ y la polimerasa ε, que realizan la síntesis de desplazamiento para formar un colgajo. La Pol β también puede realizar la síntesis de desplazamiento de parche largo. La síntesis de parche largo normalmente inserta de 2 a 10 nucleótidos nuevos. A continuación, la endonucleasa del colgajo elimina el colgajo y, a continuación, la ADN ligasa sella la cadena.

La tercera etapa de la desmetilación del ADN es la eliminación de los productos intermedios de la desmetilación generados por una enzima TET mediante la reparación por escisión de bases . Como se indicó anteriormente en la Etapa 2, después de que 5mC se oxida por primera vez por una TET para formar 5hmC, la oxidación adicional de 5hmC por TET produce 5fC y la oxidación de 5fC por TET produce 5caC. Tanto 5fC como 5caC son reconocidos por una ADN glicosilasa , TDG , una enzima de reparación por escisión de bases , como una base anormal. Como se muestra en la Figura de esta sección, TDG elimina la base anormal (por ejemplo, 5fC) mientras deja intacta la cadena principal de azúcar-fosfato, creando un sitio apurínico/apirimidínico, comúnmente conocido como sitio AP . En esta Figura, el 8-OHdG se deja en el ADN, ya que puede haber estado presente cuando OGG1 atrajo a TET1 al sitio CpG con una citosina metilada. Después de que se forma un sitio AP, la endonucleasa AP crea una muesca en la cadena principal de fosfodiéster del sitio AP que se formó cuando la ADN glicosilasa TDG eliminó el 5fC o 5caC. La endonucleasa AP humana corta el ADN 5' hacia el sitio AP mediante un mecanismo hidrolítico, dejando un residuo de 3'-hidroxilo y 5'-fosfato de desoxirribosa (5' dRP). [39] A esto le sigue una reparación de parche corto o de parche largo. En la reparación de parche corto, la 5' dRP liasa recorta el extremo 5' dRP para formar un extremo 5' fosforilado. A esto le sigue la ADN polimerasa β (pol β) que agrega una sola citosina para emparejarla con la guanina preexistente en la cadena complementaria y luego la ADN ligasa para sellar la cadena cortada. En la reparación de parches largos, se cree que la síntesis de ADN está mediada por la polimerasa δ y la polimerasa ε, que realizan la síntesis por desplazamiento para formar un colgajo. La pol β también puede realizar la síntesis por desplazamiento de parches largos. La síntesis de parches largos normalmente inserta de 2 a 10 nucleótidos nuevos. Luego, la endonucleasa del colgajo elimina el colgajo y, a continuación, la ADN ligasa sella la hebra. En este punto, se ha producido un reemplazo completo de la 5-metilcitosina por citosina (desmetilación) en la secuencia de ADN.

Desmetilación después del ejercicio

El ejercicio físico tiene efectos beneficiosos bien establecidos sobre el aprendizaje y la memoria (ver Efectos neurobiológicos del ejercicio físico ). El BDNF es un regulador particularmente importante del aprendizaje y la memoria. [40] Como revisaron Fernandes et al., [41] en ratas, el ejercicio mejora la expresión del gen Bdnf en el hipocampo , que tiene un papel esencial en la formación de la memoria. La expresión mejorada de Bdnf ocurre a través de la desmetilación de su promotor de isla CpG en el exón IV [41] y esta desmetilación depende de los pasos ilustrados en las dos figuras. [20]

En un panel de adultos sanos, se encontraron asociaciones negativas entre la metilación total del ADN y la exposición a la contaminación del aire relacionada con el tráfico. Los niveles de metilación del ADN se asociaron tanto con la exposición reciente como crónica al carbono negro y al benceno. [42]

Regeneración de neuronas sensoriales periféricas

Después de una lesión, las neuronas del sistema nervioso periférico adulto pueden pasar de un estado latente con poco crecimiento axonal a una regeneración axonal robusta . La desmetilación del ADN en neuronas maduras de mamíferos elimina las barreras a la regeneración axonal. [43] Esta desmetilación, en la regeneración de neuronas periféricas de ratón, depende de TET3 para generar 5-hidroximetilcitosina (5hmC) en el ADN. [43] [44] 5hmC se alteró en un gran conjunto de genes asociados a la regeneración (RAG), incluidos RAG bien conocidos como Atf3 , Bdnf y Smad1 , que regulan el potencial de crecimiento axonal de las neuronas. [44]

Referencias

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