Los investigadores de la Universidad de Princeton han descubierto que los comportamientos aprendidos se pueden heredar por varias generaciones C. elegans transmitido de padres a hijos a través de óvulos y espermatozoides. El artículo que detalla este hallazgo, de Rebecca Moore, Rachel Kaletsky y Coleen Murphy, aparece en la edición del 13 de junio de la revista Celda .
Es bien sabido que las características de un organismo están codificadas en genes que se transmiten de padres a hijos a través de los óvulos y los espermatozoides de la línea germinal. La herencia de algunos rasgos está determinada exclusivamente por si el individuo recibe la forma dominante o recesiva de ungen asociado de cada padre. Otros rasgos heredables están influenciados tanto por la composición genética como por factores como la nutrición, la temperatura o el estrés ambiental, que pueden afectar los niveles de expresión de genes relacionados. Las características cuya herencia no está impulsada exclusivamente por la secuencia de ADN se denominan"epigenética" el prefijo "epi" significa "encima de".
El fenotipo de un organismo puede cambiar durante su vida debido a mecanismos epigenéticos. Por ejemplo, en el gusano redondo microscópico Caenorhabditis elegans , la inanición o el estrés por calor inducen a los animales a adaptarse a estas condiciones variando la expresión de múltiples genes. A nivel del genoma, estos cambios pueden hacerse duraderos al alterar qué tan apretada está el ADN que codifica un gen, regulando asísu accesibilidad a la maquinaria de transcripción de ARN. Alternativamente, las células pueden activar mecanismos que destruyen o secuestran transcripciones de ARN que codifican proteínas. Cuando estas modificaciones se realizan en las células germinales, pueden transmitirse a las generaciones futuras en un fenómeno conocido como herencia epigenética transgeneracional.Los estudios han demostrado que C. elegans las adaptaciones al hambre y al estrés por calor pueden heredarse durante varias generaciones. ¿Podrían transmitirse fenotipos más complejos, como los cambios de comportamiento, de esta manera?
"En su entorno natural, los gusanos entran en contacto con muchas especies bacterianas diferentes. Algunas de estas son fuentes alimenticias nutritivas, mientras que otras las infectarán y matarán", dijo Murphy, profesor del Departamento de Biología Molecular de Princeton y Lewis-Sigler Institute for Integrative Genomics. "Los gusanos se sienten atraídos inicialmente por el patógeno Pseudomonas aeruginosa, pero tras la infección, aprenden a evitarlo. De lo contrario, morirán en unos días".
Moore y sus colegas investigaron si C. elegans puede transmitir esta conducta de evitación aprendida a su progenie. Descubrieron que cuando las lombrices madres aprendieron a evitar la P. aeruginosa patógena, su progenie también sabía evitar la bacteria. La atracción natural de la descendencia hacia Pseudomonas fue anulada aunque nunca antesencontró el patógeno. Sorprendentemente, este comportamiento aversivo hereditario duró cuatro generaciones, pero en la quinta generación los gusanos se sintieron nuevamente atraídos por Pseudomonas. En otra sorpresa, los investigadores observaron que la herencia de la evitación aprendida no era universal para todas las bacterias patógenas; aunquelas lombrices madres podrían aprender a evitar la bacteria patógena Serratia marcescens, que es menos abundante que Pseudomonas C. elegans 'entorno, esta aversión no se transmitió a la descendencia. Intrigados, los investigadores se propusieron explorar qué controla la transmisión del comportamiento de evitación de P. aeruginosa entre generaciones.
Los autores demostraron que C. elegans las madres deben enfermarse al ingerir P. aeruginosa para transmitir evitación a las generaciones futuras; la exposición a los olores emitidos por el patógeno no fue suficiente para provocar la evitación. Sin embargo, las vías sensoriales neuronales son importantes para la evitación hereditaria, porque el comportamiento de evitaciónen ambas madres y su progenie se asoció con la expresión al alza de varios genes asociados neuronalmente. Entre estos, se necesitaba una expresión elevada del ligando TGF-β daf -7 en las madres para que la progenie heredara la aversión a los patógenos. Moore y sus colegas descubrieron que daf-7 expresión en un cierto tipo de neurona sensorial, neuronas ASI, se correlacionó fuertemente con el comportamiento de evitación heredado.
"El proceso de heredar esta evitación aprendida [también] requiere la actividad de pequeños ARN llamados piRNA", dijo Murphy. Los piRNA se han implicado en otras vías de herencia epigenética transgeneracional en C. elegans , donde se cree que silencian la expresión génica y regulan indirectamente el empaquetamiento del ADN. Los investigadores descubrieron que la proteína PRG-1 asociada al ARNip, aunque no es necesaria para C. elegans las madres para aprender a evitar la P. aeruginosa, se requería para aumentar la expresión de daf-7 en la progenie, y por su comportamiento de evitación heredado. Ya sea que los piRNA y PRG-1 operen principalmente en la madre, la progenie o ambos para promover la herencia deel comportamiento de evitación aún no se conoce.
Es importante destacar que la expresión de daf-7 permanece elevada en las neuronas ASI de la progenie durante cuatro generaciones, luego vuelve a los niveles basales en la quinta generación, que es cuando el comportamiento de evitación heredado también desaparece. Como señala Murphy, aunque la herencia de la evitaciónel comportamiento proporciona una ventaja de supervivencia, también es necesario que este comportamiento de evitación finalmente desaparezca, porque P. aeruginosa solo es patógeno a altas temperaturas; a temperaturas más bajas, es cada vez más seguro comer, al igual que otras especies de Pseudomonas.es temporal, la eventual interrupción de la evitación hereditaria permite que las generaciones futuras vuelvan a festejar con Pseudomonas nutritivas.
"La evitación patogénica aprendida transgeneracional está mediada por TGF-beta y la vía del argonauta Piwi / PRG-1" por Rebecca S. Moore, Rachel Kaletsky y Coleen T. Murphy aparece en la edición del 13 de junio de Celda . La investigación fue apoyada por el Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales de los Institutos Nacionales de Salud T32GM007388 y 1DP2OD004402-01, la Fundación Glenn para la Investigación Médica CNV1001899 y el Programa Académico de Facultad del Instituto Médico Howard Hughes AWD1005048.
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Materiales proporcionados por Universidad de Princeton . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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