Epigenética e inmunosupresión/inmunosenescencia

Introducción

La epigenética es el estudio de los cambios heredables que afectan a la función de los genes pero que no implican modificaciones en la secuencia de DNA. Los mecanismos epigenéticos implican modificaciones covalentes del DNA y de las histonas, lo que determina la estructura de la cromatina y consecuentemente la expresión de los genes. Los cambios epigenéticos están implicados en muchas enfermedades como el cáncer o también enfermedades congénitas y hereditarias. También estos cambios se relacionan con la patogénesis de enfermedades autoinmunes (como el SLE).

Los mecanismos epigenéticos como la metilación del DNA y la modificación de histonas (como la acetilación, metilación, fosforilación y ubiquitinación), sirven como señales reconocidas por complejos que modifican la estructura de la cromatina, dando lugar a cromatina transcripcionalmente activa o no. La metilación del DNA se da en las citosinas de islas CpG (son citosinas y guaninas separadas por un fosfato, el cual une los dos nucleótidos en la secuencia del DNA). La metilación en regiones reguladoras puede implicar silenciamiento génico.

La cromatina transcripcionalmente activa se caracteriza por DNA no metilado y acetilación de histonas. Sin embargo, la inactiva presenta metilación del DNA e histonas desacetiladas.

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Durante el desarrollo embrionario la metilación del DNA juega un papel importante en el silenciamiento de ciertos genes, la metilación de novo se lleva a cabo por las DNA metiltransferasas DNMT3a y DNMT3b. Posteriormente el mantenimiento de la metilación tras la replicación y mitosis se lleva a cabo por la DNMT1. El sistema inmune es un ejemplo de cómo influyen los cambios epigenéticos en diferenciación. Concretamente, los linfocitos T CD4 se diferencian a linfocitos T helper 1 (Th 1) que secretan IFN-gamma y a linfocitos T helper 2 (Th 2) que secretan IL-4. Esta diferenciación implica metilación del DNA.

Existen agentes que modifican la metilación del DNA en linfocitos. Algunos de estos factores se muestran en la siguiente tabla. También hay otros factores como la luz UV.

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Como se puede observar en el siguiente esquema el estado epigenético es algo dinámico que va cambiando con el paso de los años por la acción de factores ambientales, además se producen alteraciones y errores que se asocian con la aparición de ciertas enfermedades como el cáncer o enfermedades autoinmunes.

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Epigenética e Inflamación

Es importante destacar que las enfermedades autoinmunes e inflamatorias aumentan con la edad. Lo que también se asocia con los cambios epigenéticos. En células T, una pequeña región del promotor de IL-2 es desmetilada tras activación, permitiendo la producción de IL-2. Además la diferenciación de los linfocitos T CD4 a T helper fenotipo 2 implica la rápida acetilación de la histona H3 en el grupo de genes IL-4/IL-13. Por otro lado la tolerancia del sistema inmune está regulada por modificación de histonas. Esta tolerancia evita que se produzcan daños por una respuesta inflamatoria excesiva. Por lo que la regulación epigenética es clave en el control de la respuesta inflamatoria del huésped.

Envejecimiento del Sistema Inmune

En el envejecimiento del sistema inmune o inmunosenescencia juegan un papel importante los telómeros (como en otros tipos celulares). Los telómeros son secuencias de DNA que se sitúan al final de los cromosomas lineales, a estas secuencias se asocian ciertas proteínas. Los telómeros protegen al extremo de los cromosomas de fusiones y recombinaciones aberrantes, además son necesarios para la replicación del final de los cromosomas. La telomerasa es la enzima implicada en la elongación de los telómeros. Está constituida por dos subunidades: RNA (TER) y transcriptasa inversa (TERT). Si no hubiera telómeros ni telomerasa los cromosomas se acortarían en cada ciclo celular. La mayoría de las células somáticas en el adulto no expresan telomerasa, esta enzima solo está presente en células germinales, durante la embriogénesis, en células madre y en células del sistema inmune activadas, lo que sugiere que esta actividad esta altamente regulada durante el desarrollo y la diferenciación. El tener los telómeros muy cortos se asocia con senescencia celular y apoptosis.

Se ha observado que existen factores genéticos relacionados con la longitud de los telómeros. En linfocitos tras activación, los niveles de telomerasa están bajo control genético. SNPs de ciertos genes expresados en células germinales humanas juegan un importante papel en la regulación de la longitud de los telómeros. Así se han estudiado polimorfismos en la región promotora de hTERT, encontrándose una relación con la longitud de los telómeros. También existen otros factores que regulan la longitud de los telómeros como proteínas y secuencias repetidas. Polimorfismos en genes (o en los promotores) que codifican para componentes del complejo telomerasa, como DKC1 o genes que codifican para proteínas que se asocian con el DNA telomérico, como TRF1, POT1 y TPP1 son importantes en la homeostasis de los telómeros.

También existen factores epigenéticos que controlan la longitud de los telómeros. El DNA y las histonas experimentan modificaciones que determinan la accesibilidad de ciertas proteínas. Los telómeros de mamíferos no contienen secuencias CpG y no están metilados, pero hay regiones subteloméricas susceptibles de mutilación. Sin embargo, tanto los telómeros como las regiones subteloméricas están organizados en nucleosomas por lo que puede haber modificación de histonas (acetilación, metilación, fosforilación…etc).Los cambios en metilación del DNA subtelomérico o en las histonas pueden asociarse con desregulación de la longitud de los telómeros.

Por otro lado, las hormonas sexuales también influyen en la longitud de los telómeros a través de distintos mecanismos. El caso mejor estudiado es el de los estrógenos. Dicha hormona y sus derivados presentan un efecto antioxidante que protege al DNA de los radicales libres además estimulan la actividad telomerasa (entre otros mecanismos). Es importante destacar que factores ambientales, como la inflamación y el estrés oxidativo también influyen en la longitud de los telómeros.

Características Generales de la Inmunosenescencia

La respuesta immune adaptativa depende de los linfocitos T y B. Se ha estimado que durante una respuesta inmune típica, una célula virgen (nunca ha entrado en contacto con el Ag) experimenta del orden de 15-20 divisiones celulares para dar lugar a las células efectoras. Se ha visto que los telómeros de las células T CD4 de memoria son más cortos que los de las células T virgen, lo mismo ocurre con los CD8. Por lo tanto el proceso de diferenciación celular implica acortamiento de los telómeros. En células B también se ha observado un acortamiento telomérico con la edad. La característica más importante de la inmunosenescencia es el deterioro de las células T causado sobre todo por la atrofia del timo. Con la edad se reduce el número de linfocitos circulantes. Además de esta reducción del número de linfocitos T y B, se produce una alteración en la generación de Igs y se reduce la afinidad de los Ab que se producen.

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En células de la inmunidad innata también se ha observado un acortamiento de los telómeros.

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La inmunosenescencia también implica un desequilibrio entre factores pro y anti inflamatorios, lo que conduce a un estado pro-inflamatorio crónico, este es uno de los principales problemas de la inmunosenescencia. En esta Tabla se observa que existe una reducción de las células de la inmunidad innata (neutrófilos y monocitos), sin embargo hay un aumento de las células NK. Por lo tanto, con la edad se produce un deterioro de la respuesta humoral y celular.

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Metilación Aberrante en Hepatitis C Crónica

Se ha estudiado el estado de metilación de ciertos genes expresados en hígado en pacientes con VHC y VHB, con el fin de estudiar los hepatocarcinomas. Parece ser que en los pacientes con HCC hay un aumento de la metilación (sobre todo en genes supresores de tumores), lo que participaría en el desarrollo de la neoplasia. Además la infección por virus, sobre todo VHC acelera la metilación y consecuentemente el desarrollo de la neoplasia. Se ha observado como los pacientes con VHC presentaban hipermetilación en los loci estudiados, en relación con pacientes VHB+ y pacientes sanos. Algunos de estos loci hipermetilados en pacientes VHC+ son: SOCS-1 (Supresor de la señalización de citokinas 1) and APC (adenomatosis polyposis coli, es un GST), p15 (GST, implicado en el ciclo celular). Además el VHC actúa como un agente mutágeno, que acelera el proceso de acumulación de mutaciones necesario para el desarrollo de cáncer. La importancia de estudiar los cambios epigenéticos es que son reversibles, por lo tanto estos pacientes podrían ser tratados.

Inmunosenescencia e Infección por HIV

Durante la imnfección por VIH se producen graves alteraciones de las células T. Estas alteraciones icluyen: la acumulación de células T CD8+ y T CD4+ altamente diferenciadas que han perdido la expresión del co-receptor CD28, las células T tienen baja capacidad proliferativa asociado con una disminución de la longitud de los telómeros y con cambios en la capacidad de secreción de citoquinas (en particular disminución en la producción de IL-2), además aumenta la susceptibilidad de que en la célula se activen las vías que llevan a la muerte celular. Se ha demostrado que las alteraciones de las células T presentes en pacientes con HIV son las mismas que presentan los individuos envejecidos. Con la edad, se produce la inmunosenescencia, que es el deterioro que experimentan las células T tras sucesivas rondas de activación a lo largo de la vida. En el caso de la infección por HIV la inmunosenescencia está acelerada por la persistencia del virus, que induce una activación crónica.

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Las citoquinas a través de las vías de transducción de señal, regulan la supervivencia y proliferación de las células del sistema inmune. Las células dendríticas y otras células presentadoras de Ag producen citoquinas como IL10, 12, 15 y 4, que influyen a su vez en la diferenciación de las células T hacia Th1 o Th2. Durante la infección por HIV se altera la modulación Th1/Th2. Existen estudios que proponen que la integración del VIH en el genoma (con la posibilidad de integrarse en regiones reguladoras) de las células puede implicar cambios epigenéticos y en consecuencia cambios en la expresión de distintos genes. Esto podría implicar alteraciones en la producción de citoquinas y en la patogénesis de la enfermedad. Además en linfocitos T CD4 con el virus latente, la transcripción del genoma viral está reprimida por des-acetilación de histonas mediado por histonas des-acetilasas. El inicio de la transcripción está mediado por el factor NF-Kb, el cual conduce a la aparición de acetil-transferasas que desplazan a las desacetilasas. Implicando, finalmente la activación de la transcripción.

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