Cómo la función cerebral puede cambiar el ADN

1. Modificaciones epigenéticas

Los cambios epigenéticos son cambios en las moléculas de ADN que no modifican el código genético subyacente. Pero estos cambios pueden afectar la expresión génica. La función cerebral puede verse afectada por cambios epigenéticos de diversas maneras, incluido el estrés, los factores ambientales y la experiencia. Por ejemplo, los estudios han demostrado que el estrés en los primeros años de vida puede provocar cambios epigenéticos que alteran la expresión de genes relacionados con el estrés y la regulación de las emociones.

La función cerebral puede afectar los cambios en el ADN a través de la acción de ciertas enzimas conocidas como ADN metiltransferasas (DNMT). Estas enzimas agregan un grupo químico llamado grupo metilo a sitios específicos en la molécula de ADN, lo que puede afectar la expresión génica.

Los estudios han demostrado que la actividad de la DNMT puede verse afectada por una variedad de factores relacionados con la función cerebral, incluidos el estrés, el aprendizaje y la memoria, y las drogas u otros estímulos ambientales. Por ejemplo, se ha demostrado que el estrés aumenta la actividad de la DNMT en ciertas regiones del cerebro, lo que provoca cambios en la expresión génica que pueden contribuir a la ansiedad o la depresión.

Además de los DNMT, otros efectos epigenéticos también pueden desempeñar un papel en las alteraciones del ADN por la función cerebral. Estos incluyen modificaciones de histonas, que implican cambios en las proteínas que empaquetan el ADN en las células, y moléculas de ARN no codificantes, que pueden interactuar con el ADN u otras moléculas de ARN para regular la expresión génica.

2. Actividad neuronal

La actividad neuronal también puede afectar el ADN. Por ejemplo, los estudios han demostrado que la actividad neuronal puede provocar cambios en la estructura de la cromatina, lo que puede afectar la función y la expresión génica. Además, investigaciones recientes han sugerido que las neuronas también pueden transferir material genético, como microARN, a otras células del cerebro, lo que puede afectar la expresión y el funcionamiento de los genes en esas células.

Los estudios han demostrado que la actividad neuronal puede estimular la actividad de enzimas llamadas histona acetiltransferasas (HAT). Agregan grupos acetilo a las proteínas histonas unidas al ADN. Esta modificación puede dar lugar a un aumento de la expresión génica. Por el contrario, otras enzimas como las histonas desacetilasas (HDAC) pueden eliminar los grupos acetilo de las histonas. Esto conduce a una disminución en la expresión génica. Los estudios han demostrado que la actividad HDAC puede ser inhibida por neurotransmisores como la dopamina y la serotonina.

Además de las modificaciones de las histonas, la actividad neuronal también puede afectar la metilación del ADN. En este proceso, se agregan grupos metilo al ADN, que pueden reprimir la expresión génica. Los estudios han demostrado que la actividad neuronal puede afectar la actividad de las ADN metiltransferasas (DNMT), que catalizan la metilación del ADN.

3. Plasticidad neuronal

La plasticidad neuronal es la capacidad del cerebro para cambiar en respuesta a experiencias y factores ambientales. Este proceso implica cambios en la expresión y función de los genes, que pueden verse afectados por modificaciones en el ADN.

Los estudios han demostrado que la actividad neuronal puede activar el factor de transcripción CREB (proteína de unión al elemento de respuesta cAMP), lo que puede conducir a cambios en la expresión génica importantes para la formación de la memoria a largo plazo. CREB puede unirse a secuencias de ADN específicas conocidas como elementos de respuesta cAMP (CRE) y regular la expresión de genes implicados en la plasticidad sináptica y la consolidación de la memoria.

Además de CREB, también se ha demostrado que otros factores de transcripción como BDNF (factor neurotrófico derivado del cerebro) y NF-kB (factor nuclear kappa B) influyen en la plasticidad neuronal y pueden inducir cambios en la expresión génica que conducen a la estructura del ADN. cambió.

Las modificaciones epigenéticas, como las modificaciones de histonas y la metilación del ADN, también pueden verse afectadas por la plasticidad neuronal, lo que lleva a cambios en la expresión génica que alteran la función y el comportamiento del cerebro. Por ejemplo, los estudios han demostrado que pueden ocurrir cambios en la acetilación y metilación de histonas en respuesta a la actividad neuronal. Alteran la expresión génica que es importante para la plasticidad sináptica y la formación de la memoria.

4. Células madre neurales

Las células madre neurales son responsables de generar nuevas neuronas en el cerebro y pueden verse afectadas por modificaciones en el ADN. Por ejemplo, los estudios han demostrado que la metilación del ADN puede regular la diferenciación de las células madre neurales en diferentes tipos de neuronas. Las células madre neurales son un tipo de célula madre que puede diferenciarse en diferentes tipos de células neurales, incluidas las neuronas y las células gliales. Estas células tienen la capacidad de cambiar su ADN a través de un proceso llamado regulación epigenética.

Donantes de metilo

Los donantes de metilo como la S-adenosilmetionina (SAM) están involucrados en el proceso de metilación del ADN, que agrega grupos metilo a las bases de citosina del ADN. Esta modificación puede alterar la expresión génica.

Enzimas modificadoras de histonas

Las enzimas que modifican las proteínas histonas, que están unidas al ADN en las células, también participan en la modificación del ADN. Por ejemplo, las histonas acetiltransferasas (HAT) añaden grupos acetilo a las histonas, lo que provoca cambios en la expresión génica, mientras que las histona desacetilasas (HDAC) eliminan los grupos acetilo, lo que provoca cambios en la represión génica.

Pequeños ARN no codificantes

Los pequeños ARN no codificantes, como los microARN (miARN) y los pequeños ARN de interferencia (siARN), están involucrados en la regulación de la expresión génica a través de sus interacciones con el ARN mensajero (ARNm). Estas interacciones pueden conducir a la degradación del ARNm o a la inhibición de la traducción, lo que da como resultado cambios en la expresión génica.

Toxinas ambientales

Varias toxinas ambientales también pueden modificar la estructura y función del ADN. Por ejemplo, la exposición al humo del tabaco puede causar daños en el ADN que pueden alterar la expresión génica y contribuir al desarrollo del cáncer.

Fármacos epigenéticos

Se han desarrollado varios fármacos que se dirigen a los mecanismos epigenéticos y pueden modificar la estructura y la función del ADN. Estos incluyen inhibidores de la metilación del ADN como 5-azacitidina e inhibidores de histona desacetilasa como vorinostat.