Esta es la esencia de la biología del desarrollo. Trataré de no repetir lo que otros han dicho, pero la especificación de tipos de células específicos se almacena esencialmente en el ADN. Tiene razón en que los pares de bases de ADN no se alteran en diferentes tipos / posiciones de células, pero el ADN y sus proteínas asociadas (la cromatina, por simplicidad) se modifican directamente en un proceso generalmente denominado modificación epigenética. Gran parte del trabajo pionero en la formación de patrones celulares se llevó a cabo en embriones de Drosophila, donde las células se especifican iterativamente por exposición a morfógenos.
La diferenciación celular puede considerarse como el proceso mediante el cual todos los genes de un organismo se dividen en diversos grados de activación o represión. Hay una multitud de mecanismos para regular la actividad de genes y productos de genes, pero el proceso que subyace a la diferenciación a nivel del genoma es la modificación de la cromatina. Los cambios heredables en las modificaciones de las histonas permiten el mantenimiento de la identidad celular. Las proteínas Polycomb (Pc) y Trithorax (TrX) son miembros clave de los complejos implicados en el mantenimiento y la modificación de las histonas que regulan la actividad y accesibilidad de los genes. Durante el desarrollo, el patrón de identidad celular se lleva a cabo mediante la acción secuencial de represores y activadores de la actividad génica. La modificación epigenética llevada a cabo por PcG y Trx permite a las células mantener su identidad única al tiempo que evitan la necesidad de la expresión continua de todas las proteínas reguladoras. Las proteínas PcG evitan la reactivación de genes reprimidos incluso después de que el represor ya no se expresa. Las proteínas del grupo Trx (TrxG) desempeñan el papel opuesto, evitando la represión de genes activos incluso después de que el activador ya no se expresa (1, 2). Por lo tanto, las proteínas funcionan para preservar una memoria celular que se mantiene a través de las divisiones celulares (3). Las proteínas PcG y TrxG forman complejos que se unen a elementos genéticos específicos llamados Elementos de Respuesta de Polímero (PRE) y Elementos de Respuesta de Tritórrax (TRE), respectivamente (4-6). Las proteínas PcG y TrxG interactúan con PRE / TRE y con sitios de histonas específicos con el fin de alterar la metilación / ubiquitilación / acetilación de histonas y mantener el estado epigenético de un gen o locus gen determinado (7-9). Los genes PcG y TrxG están altamente conservados, y aunque son más miembros en humanos, la función general es la misma.
Las células, que contienen el mismo ADN y genes, se especifican en su identidad por la acción iterativa de los activadores y represores de genes durante el desarrollo, que se conservan a través de la acción de las proteínas modificadoras de la cromatina. La célula también existe en un microambiente formado por señales de otras células (tanto de contacto celular como secretadas), proteínas de la matriz y otras cosas como hormonas / lípidos / nutrientes, pero la forma en que la célula responde a esas señales depende de su estado de cromatina, definido durante el desarrollo.
1. Poux S, Horard B, Sigrist C, y Pirrotta V (2002) La proteína Drosophila trithorax es un coactivador requerido para prevenir el restablecimiento del silenciamiento de las polycomb. Desarrollo (Cambridge, Inglaterra) 129 (10): 2483-2493. 160
2. Klymenko T y Müller J (2004) Las histonas metiltransferasas Trithorax y Ash1 previenen el silenciamiento transcripcional por las proteínas del grupo Polycomb. EMBO informa 5 (4): 373-377.
3. Petruk S, et al. (2012) Las proteínas TrxG y PcG pero no las histonas metiladas permanecen asociadas con el ADN a través de la replicación. Cell 150 (5): 922 – 933.
4. Chan C, Rastelli L, y Pirrotta V (1994) Un elemento de respuesta Polycomb en el gen Ubx que determina un estado de represión heredado epigenéticamente. La revista EMBO 13 (11): 2553-2564.
5. Sengupta A, Kuhrs A, y Müller J (2004) silenciamiento transcripcional general por un
Elemento de respuesta Polycomb en Drosophila. Desarrollo (Cambridge, Inglaterra) 131 (9): 1959-1965.
6. Hartenstein A, Rugendorff A, Tepass U, y Hartenstein V (1992) La función de los genes neurogénicos durante el desarrollo epitelial en el embrión de Drosophila. Desarrollo (Cambridge, Inglaterra) 116 (4): 1203-1220.
7. Czermin B, et al. (2002) El potenciador de Drosophila de los complejos Zeste / ESC tiene una actividad histona H3 metiltransferasa que marca los sitios Polycomb cromosómicos. Cell 111 (2): 185-196.
8. Papp B & Müller J (2006) trimetilación de histonas y el mantenimiento de
estados transcripcionales ON y OFF por las proteínas trxG y PcG. Genes & development 20 (15): 2041-2054.
9. Petruk S, et al. (2006) La transcripción de ARNs no codificantes bxd promovidos por tritiráx reprime Ubx en cis por interferencia transcripcional. Cell 127 (6): 1209 – 1221.
