La comida que te moldea: cómo puede la dieta cambiarte el epigenoma Understand article

Traducido por Silvia Manzanero. Eres lo que comes, casi textualmente. La dieta puede influenciar los minúsculos cambios en el genoma que subyacen muchas enfermedades como el cáncer y la obesidad.

La hélice de ADN
Imagen cortesía de mstroeck /
Wikimedia Commons

Puede que cuando te miras al espejo te preguntes: “Si todas las células de mi cuerpo contienen el mismo ADN, ¿cómo es que mis órganos son en apariencia y en función tan diferentes?”. Esto lo estamos empezando a entender gracias a los recientes avances en epigenética. Ahora sabemos que las células utilizan el material genético de formas distintas; los genes se encienden y se apagan creando el extraordinario nivel de diferenciación de nuestros organismos.

La epigenética describe los procesos celulares que determinan si un gen dado ha de ser transcrito y traducido a su correspondiente proteína. El mensaje se puede transmitir mediante modificaciones químicas de la cromatina pequeñas y reversibles (figura 1). Por ejemplo, la adición de grupos acetilo (acetilación) a las proteínas de soporte del ADN (histonas) fomenta la transcripción. Por el contrario, la adición de grupos metilo (metilación) a ciertas regiones reguladoras del ADN frena la transcripción de los genes. La importancia de estas modificaciones y de otros mecanismos reguladores aumenta durante el desarrollo, cuando la coordinación temporal de la activación genética es crucial para asegurar una correcta diferenciación celular, pero su efecto continúa en la vida adulta.

Las modificaciones epigenéticas pueden darse en respuesta a estímulos ambientales, y uno de los más importantes es la dieta. A pesar de que los mecanismos por los cuales la dieta altera la epigenética no se conocen bien, existen algunos ejemplos claros.

Haga click en la imagen para
ampliarla. Figura 1: Los
cambios epigenéticos de la
estructura de la cromatina
incluyen principalmente la
acetilación de las histonas,
que fomenta la transcripción,
y la metilación del ADN, con
la unión covalente de grupos
metilo a las citosinas que
hace que la estructura de la
cromatina sea menos
accesible. Estos cambios son
reversibles, permitiendo que
la actividad genética se
adapte a cambios en las
condiciones ambientales o en
las señales.

This image was updated on the
13 May 2014. Imagen cortesía
de Cristina Florean

En el invierno de 1944-1945, la ocupación alemana sumió a los Países Bajos en un periodo de hambre en el que la ingesta nutricional de la población bajó a menos de 1000 calorías diarias. Las mujeres siguieron concibiendo y dando a luz, y los niños nacidos entonces son ahora adultos de más de sesenta años. Según estudios recientes estas personas, expuestas a restricciones calóricas cuando se encontraban en el útero de sus madres, son más propensas a sufrir enfermedades crónicas como la diabetes, trastornos cardiovasculares y obesidad que sus hermanos. Los primeros meses de embarazo parecen haber tenido el mayor efecto en el riesgo de enfermedad.

¿Cómo es posible que lo que ocurrió antes de que nacieras influya en tu vida hasta 60 años después? La respuesta parece estar en las adaptaciones epigenéticas del feto en respuesta a la disponibilidad limitada de nutrientes.

Todavía se desconocen los detalles de estas alteraciones epigenéticas, pero se ha descubierto que las personas expuestas al hambre cuando se encontraban en el útero tienen un nivel más bajo de metilación en un gen implicado en el metabolismo de la insulina (el gen del factor de crecimiento insulínico tipo II) que sus hermanos no expuestos (Heijmans y col., 2008). Esto implica que, sorprendentemente, aunque los cambios epigenéticos son en teoría reversibles, los cambios útiles que ocurren durante el desarrollo embrionario pueden sin embargo persistir en la vida adulta, aunque ya no sean útiles y puedan ser incluso perjudiciales. Algunos de estos cambios pueden persistir hasta varias generaciones, afectando a los nietos de las mujeres expuestas (Painter y col., 2008).

Figura 2: Dos larvas de abeja
reina en su celda real. Las
larvas de abeja reina se
alimentan exclusivamente de
jalea real, que desencadena
el desarrollo del fenotipo de
abeja reina permitiendo la
reproducción. 

Imagen cortesía de Waugsberg
/ Wikimedia Commons

Los efectos tempranos de la dieta en la epigenética son también claramente visibles entre las abejas melíferas. Lo que diferencia a las abejas obreras estériles de la fértil reina no es la genética, sino la dieta que toman cuando son larvas (figura 2). Las larvas destinadas a convertirse en reinas se alimentan exclusivamente de jalea real, una sustancia producida por las abejas obreras que inicia un programa genético que promueve la fertilidad en la abeja.

Otro ejemplo sorprendente de la influencia de la nutrición en la epigenética durante el desarrollo se da en ratones. Los individuos con un gen agutí activo tienen el pelaje amarillo y son propensos a la obesidad. Sin embargo, la metilación del ADN puede apagar este gen. Si una ratona agutí embarazada recibe a diario suplementos dietéticos (como el ácido fólico o la colina) capaces de liberar los grupos metilo, los genes agutí de los cachorros se metilan y consecuentemente se inactivan. Estos cachorros llevan el gen agutí pero pierden el fenotipo agutí: son de pelaje marrón y no presentan una tendencia mayor a la obesidad (figura 3).

Haga click en la imagen
para ampliarla. Figura 3:
El modelo de ratón agutí.
El fenotipo depende de la
dieta de la madre durante
el embarazo. A: Normalmente,
el gen agutí se asocia con el
pelaje amarillo y la tendencia
a la obesidad. B: Los ratones
cuya madre ha recibido
suplementos dietéticos de
donantes de grupos metilo
tienen un gen agutí metilado,
y por consiguiente
inactivado, que da lugar a un
fenotipo de pelaje marrón y
fino.

Imagen cortesía de Cristina
Florean

La toma insuficiente de ácido fólico se relaciona con enfermedades del desarrollo humano como la espina bífida y otros defectos del tubo neural. Para prevenir estos problemas se recomienda a las mujeres embarazadas y a las que esperan quedarse embarazadas que tomen suplementos de ácido fólico (ver Hayes y col., 2009).

¿Y cómo afecta la dieta a la epigenética en la edad adulta? En la comida hay muchos componentes con potencial para causar cambios epigenéticos en las personas. Por ejemplo, el brécol y otros vegetales de la familia de las crucíferas contienen isotiocianatos, capaces de aumentar la acetilación de las histonas. Por otro lado, la soja contiene la isoflavona genisteína, que se piensa que puede disminuir la metilación del ADN en ciertos genes. El compuesto polifenol del té verde epigalocatequina-3-galato tiene muchas actividades biológicas incluyendo la inhibición de la metilación del ADN. La curcumina, un componente de la cúrcuma (Curcuma longa) puede tener efectos múltiples en la activación genética porque inhibe la metilación del ADN y también modula la acetilación de las histonas. La figura 4 muestra otros ejemplos de moléculas con actividad epigenética.

Mercado de fruta en España
Imagen cortesía de Marcel
Theisen / Wikimedia Commons

La mayoría de los resultados obtenidos hasta ahora sobre estos compuestos provienen de experimentos in vitro, en los que las moléculas purificadas se añadieron a líneas celulares y se midieron sus efectos en los objetivos epigenéticos. Todavía está por probar si el comer los alimentos correspondientes tiene el mismo efecto detectable que en los modelos celulares (Gerhauser, 2013).

Sin embargo, estudios epidemiológicos han sugerido que las poblaciones que consumen grandes cantidades de algunos de estos alimentos parecen ser menos susceptibles a ciertas enfermedades (Siddiqui y col., 2007). Pero es posible que la mayoría de estos compuestos no sólo tenga efectos epigenéticos, sino que también afecte a otras funciones biológicas. Un alimento puede contener muchas moléculas con actividad biológica, por lo que es difícil trazar una correlación directa entre la actividad epigenética y el efecto general en el organismo. Por último, los alimentos sufren muchas transformaciones en nuestro sistema digestivo, así que no está claro qué proporción de los componentes activos alcanza sus objetivos moleculares.

Al ser sus efectos de gran alcance, los cambios epigenéticos forman parte del desarrollo de muchas enfermedades como ciertos cánceres y enfermedades neurológicas. Cuando las células se vuelven malignas, o cancerosas, las modificaciones epigenéticas pueden desactivar los genes supresores tumorales que evitan la proliferación celular excesiva (Esteller, 2007). Como las modificaciones epigenéticas son reversibles, hay gran interés por encontrar moléculas (especialmente las que provienen de la dieta) que puedan corregir estos cambios nocivos y evitar el desarrollo del tumor.

Todos sabemos que una dieta rica en fruta y verdura es buena para nuestra vida diaria, pero está cada vez más claro que puede que sea mucho más importante que eso, al tener importantes implicaciones en la salud a largo plazo y la esperanza de vida.

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Author(s)

Cristina Florean se doctoró en ciencias biomédicas por las universidades de Padua y Burdeos. Durante el doctorado, Cristina trabajó en la enfermedad de Alzheimer y en la optimización de la detección de fármacos. Después de un año en la Universidad de Udine trabajando en cáncer y en enzimas epigenéticas, actualmente trabaja en Luxemburgo en el Laboratorio de Biología Molecular y Celular del Cáncer (Laboratoire de Biologie Moleculaire et Cellulaire du Cancer) como investigadora postdoctoral. Hoy en día, su interés se centra en los componentes naturales que muestran actividad epigenética como candidatos a fármacos contra el cáncer y en los procesos epigenéticos asociados a la carcinogénesis.


Review

Este artículo establece la relación entre la dieta durante el embarazo y los cambios en la expresión genética debidos a los mecanismos de acetilación de histonas (que aumentan la transcripción) y metilación (que reducen la transcripción). Por medio de ejemplos en personas, ratones y abejas, este artículo muestra que la falta de ciertos nutrientes puede afectar el desarrollo de ciertos rasgos en la progenie. También considera los efectos de la dieta en la epigenética en la vida adulta, citando varios alimentos conocidos por su influencia positiva en la salud.

Este artículo se podría utilizar como base para la discusión sobre opciones dietéticas sanas comparadas con la comida basura, para concienciar a los estudiantes sobre las posibles consecuencias de sus hábitos alimenticios.

El artículo se podría utilizar en una lección de revisión sobre los temas básicos de la expresión genética:

Se podrían incluir las siguientes preguntas:

  • ¿Cuál es la estructura y función de las histonas?
  • ¿Cuáles son los principales mecanismos de regulación de la expresión genética?
  • ¿Cómo afecta el genotipo a la expresión del fenotipo?
  • ¿Cómo influencian las condiciones ambientales (internas o externas) a la expresión genética?
  • La diabetes es un buen ejemplo de enfermedad ligada a la dieta. ¿Puedes describir las causas de la diabetes?

Monica Menesini, Liceo Scientifico Vallisneri Lucca, Italia




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