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La respuesta celular al daño en el ADN varía según el momento del día, en un proceso dependiente de un interruptor molecular.

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15 November 2024

En la planta modelo Arabidopsis thaliana, los niveles de metilación de la histona H3 en la lisina 27 fluctúan de manera diaria, siendo más elevados por la noche.
Esta modificación de la cromatina actúa como un interruptor negativo de la transcripción de genes, entre ellos los implicados en reparación del daño en el ADN como BRCA1 o RAD51
Nucleosomas (ADN en amarillo, histonas en azul) con las principales modificaciones epigenéticas, por ejemplo metilación / iStock selvanegra

Todos los organismos, tanto plantas como animales, ajustan su fisiología al momento del día, principalmente a través de modificaciones en la expresión de sus genes. Además de la implicación de factores de transcripción en este proceso, otro importante nivel de regulación consiste en modificaciones químicas de la cromatina. Estas modificaciones pueden ser metilaciones o acetilaciones de las histonas, que son proteínas que se unen al ADN formando los nucleosomas.

Mientras que la acetilación de histonas se asocia a activación de la transcripción génica y por tanto producción de proteínas, la metilación puede ocurrir en asociación con activación o represión génica. Esto depende de los aminoácidos modificados en la histona del tipo H3. En la planta modelo Arabidopsis thaliana, la monometilación de la histona H3 en el aminoácido lisina 27 (H3K27me1) mantiene el silenciamiento de los transposones, y también se detecta en regiones codificantes silenciadas.

En este estudio, investigadores del grupo de Crisanto Gutierrez del Centro de Biología Molecular Severo Ochoa (CBM-CSIC-UAM) han descubierto que los niveles de H3K27me1 fluctúan diariamente, con niveles mucho más altos durante la noche que durante el día. La transcripción de la enzima monometiltransferasa ATXR5, responsable de esta metilación, también aumenta durante la noche. Plantas mutantes deficientes en esta actividad ATXR5 poseen niveles mucho más bajos de H3K27me1, especialmente durante la noche.

Los investigadores postdoctorales Jorge Fung-Uceda y Sol Gómez encontraron que, en los mutantes, los genes con menor cantidad de metilación en H3K27 estaban más expresados durante la noche. Entre ellos, un grupo muy significativo de genes están implicados en el control del ciclo celular y, especialmente, en la respuesta de reparación del daño en el ADN, como RAD51 o BRCA1. Estos genes mostraban una expresión rítmica diaria en los mutantes con menos metilación.

En el estudio se provocó daño en el ADN usando bleomicina, un agente que produce roturas en el ADN. En estas condiciones, los resultados mostraron que la inducción de transcripción de los genes RAD51 y BRCA1, entre otros, era mayor por la noche.

 

Esquema diario que muestra nivel de metilación, nivel de daño al ADN y expresión de los genes de respuesta a daño / Crisanto Gutierrez

 

Estos hallazgos implican que la respuesta al daño en el ADN varía según el momento del día, en un proceso mediado por la metilación de la histona H3. Una posible causa es que se trate de un mecanismo para sincronizar la actividad de reparación del ADN con la de replicación del genoma, para mantener su integridad. Así, H3K27me1 serviría como un interruptor represivo para prevenir la inducción innecesaria de los genes de reparación.

 

Referencia

Fung-Uceda, J.*, Gomez, M.S.*, Rodriguez-Casillas, L., Gonzalez-Gil, A., Gutierrez, C. Diurnal control of H3K27me1 deposition shapes expression of a subset of cell cycle and DNA damage response genes. Plant J. (2024) doi: 10.1111/tpj.17114. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39487594/

 

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