Actualidad en el proyecto del Epigenoma Humano

1. Estado Actual del Proyecto Epigenoma
Humano
Biol. Helen Ramírez Plascencia
QFB. Arturo Hernández Sandoval
M. en C. Jorge Hernández Bello

2. Epigenética
“Rama de la biología que estudia los cambios heredables en la expresión
génica que no se deben a modificaciones en la secuencia del DNA”
-Conrad Waddington, 1942.
Portela-Esteller, 2010, Genetics Home Reference, 2
Estudio sistemático de los cambios de la expresión génica global
debido a los procesos epigenéticos
Estado epigenético total de una célula
Epigenómica
Epigenoma

3. ¿Cómo surge la epigenética?
2001: Inicia el Proyecto Epigenoma
Humano (HEP).
 1865, Gregor Mendel: Bases de la herencia (genética).
 1892, August Weissmann: La información genética se
almacena en el núcleo de la célula y éstas pierden material
genético al especializarse.
 1902, Hans Spemann: Las células no pierden información,
solo la inactivan.
 1942, Conrad Waddington: Término epigenética
Conrad Waddington
K. L. Novik et al., (2002) Curr. Issues Mol. Biol

4. Epigenética en función de estímulos ambientales
Deficiencia Nutricional
Tabaco
Alcohol
Exposición a químicos
Fármacos
Hormonas
Espacio
Tammen et al. 2013, Portela-Esteller, 2010

5. Herencia epigenética
Transmisión del patrón epigenético por mitosis o
meiosis que no es mediado por el DNA
Tammen et al. 2013, Portela-Esteller, 2010

6. Importancia
Estudios de
asociación
a enfermedades: Patogénesis
Entorno
Genoma
Epigenoma
Muftah et al. 2016, Udali et al. 2012

7. Metilación del DNA Modificación de Histonas
Posicionamiento de
Nucleosomas
Intervención de sec. de
ncRNA
Modificaciones epigenéticas
Silenciamiento
de genes
Impronta genómica
Inactivación de
cromosoma X
Expresión de
genes
Transducción
de señales
Factores de
transcripción
Regulación de
histonas
nucelosomicas
Variantes de
Histonas
Metilación del DNACambios en la
cromatina
Restructura del
nucleosoma
Embriogenesis
Portela-Esteller, 2010, Muftah et al. 2016, Gottesfeld, 2011, Golbabapour et al. 2011, Udali et al. 2012

8. Metilación del DNA
Gottesfeld, 2011. Udali et al. 2012
*SAM= S-adenosilmetionina
*SAH= S-adenosilhomocisteína

9. Metilación del DNA
Portela-Esteller, 2010

10. Portela-Esteller, 2010

11. Modificación de Histonas
Acetilación Ubiquitinación Metilación
SUMOiació
n
Fosforilació
n
ADP-
ribosilación
Mark Berg et al. Freeman W. H. Biochemistry 2012

12. Modificación de Histonas
Portela-Esteller, 2010

13. Posicionamiento de Nucleosoma
Complejos de
remodelación de la
cromatina
miRNA
Portela-Esteller, 2010, Golbabapour et al. 2011

14. Posicionamiento de Nucleosoma
Portela y Esteller, 2010

15. Proyecto ENCODE: ~ 90% del genoma humano se transcribe. Solo ~ 2% del genoma codifica
proteínas, por lo tanto, existen muchos RNA no codificantes (ncRNAs).
RNA no codificantes
ncRNA
miRNA(21-25 ntds)
lincRNA (~ 300 ntds
a varios miles)
Knowling S and Morris KV (2011) Biochimie.

16. ncRNA
Smal
l
Larg
e
Modificadores de la
cromatina
“Protector” de
modificacores
miR-15 y miR-
16
miR-206
miR-
124
Golbabapour et al. 2011, Udali et al. 2012

17. El proyecto del epigenoma humano

18. Inicios
 La cartografía de la epigenoma se inició con el proyecto Enciclopedia de Elementos del DNA
(ENCODE) puesto en marcha en el año 2003.
 El proyecto busca descubrir y estudiar todos los elementos epigenéticos que controlan la
función de nuestros genes
 Desafortunadamente, su aplicación clínica se ha limitado, ya que la mayoría de sus
resultados cubren un pequeño número de tipos de células
Romanoski et al., “Epigenomics: Roadmap for Regulation.” Nature, 518, no.7539 (2015): 314-316.

19. Inicios
 El proyecto del epigenoma humano pretende llenar este vacío catalogando el epigenoma de
muchos tipos de células diferentes en el cuerpo humano
 Lanzado en 2008 por un programa de investigación del gobierno de Estados Unidos recibió
210 millones de euros de financiación
 De esta manera, el proyecto espera aumentar nuestra comprensión de cómo el epigenoma
contribuye a la salud, así como de la enfermedad.
 El grupo analizó estas células tanto de individuos sanos, así como de pacientes con cáncer,
enfermedades neurodegenerativas y autoinmunes.
Romanoski et al., “Epigenomics: Roadmap for Regulation.” Nature, 518, no.7539 (2015): 314-316.

20. Centros de referencia de mapeo del epigenoma
http://www.roadmapepigenomics.org/
Romanoski et al., “Epigenomics: Roadmap for Regulation.” Nature, 518, no.7539 (2015): 314-316. doi:10.1038/518314a

21. Página oficial
 Los resultados son epigenomas de referencia de 127 tipos diferentes de células y
tejidos. Todos los datos, incluyendo las normas y protocolos utilizados para obtener los
datos, son gratis para el público y se pueden encontrar en línea.
(http://www.roadmapepigenomics.org/).
http://www.roadmapepigenomics.org/
Romanoski et al., “Epigenomics: Roadmap for Regulation.” Nature, 518, no.7539 (2015): 314-316. doi:10.1038/518314a

22. Publicaciones
http://www.roadmapepigenomics.org/
Romanoski et al., “Epigenomics: Roadmap for Regulation.” Nature, 518, no.7539 (2015): 314-316. doi:10.1038/518314a

23. Publicaciones
 Elizabeta Gjoneska del MIT, y sus colegas, estudió un modelo de la enfermedad de
Alzheimer en ratones para mapear los cambios epigenéticos en el cerebro durante la
neurodegeneración
 Ellos encontraron que el epigenoma alterado en el cerebro de ratón fue similar a las
muestras de los pacientes de Alzheimer fallecidos
Gjoneska et al. “Conserved Epigenomic Signals in Mice and Humans Reveal Immune Basis of Alzheimer’s Disease.” Nature 518, no. 7539 (2015): 365–69. doi:10.1038/nature14252.

24. M.en C. Jorge Hernández Bello
PEHProyecto del
Epigenoma
Humano
Actualización del

25. Roadmap Epigenomics Consortium et al. Nature 518, 317-330 (2015) doi:10.1038/nature14248

26.  OBJETIVO:
Roadmap Epigenomics Consortium et al. Nature 518, 317-330 (2015) doi:10.1038/nature14248
Generar la colección más grande de
epigenomas humanos de células primarias y
tejidos.
"La lucha contra enfermedades utilizando la información sobre el genoma
solo ha sido como tratar de trabajar con una mano atada a la espalda."

27. RESUMEN
 111 Epigenomas de referencia
Roadmap Epigenomics Consortium et al. Nature 518, 317-330 (2015) doi:10.1038/nature14248
Patrones de
modificación
de histonas
Accesibilida
d del DNA
Metilación
del DNA
Expresión
de RNAs

28. METODOLOGÍA
Inmunoprecipitación
de la cromatina
(chip)
Digestión del DNA
con DNasa I
Tratamiento con
bisulfito
Inmunoprecipitación
del DNA metilado
(MeDIP)
Digestión con
enzima de
restricción sensible
a metilación (MRE)
Perfiles de RNA Secuenciación
Roadmap Epigenomics Consortium et al. Nature 518, 317-330 (2015) doi:10.1038/nature14248

29. RESULTADOS
Roadmap Epigenomics Consortium et al. Nature 518, 317-330 (2015) doi:10.1038/nature14248
Tejidos y tipos celulares perfilados en el Epigenomics Roadmap Consortium
Células madre embrionarias

30. Mapeo de los epigenomas de referencia
Los REMCs (centros
de mapeo de
epigenomas de
referencias)
2,805 conjuntos de
datos en todo el
genoma
1,821 de
modificación de
histonas
360 accesibilidad del
DNA
277 metilación del
DNA
166 RNA-ss
Abarcan un total de 150.21 billones de lecturas de secuencias
(3.1 veces mas que el genoma humano).
Roadmap Epigenomics Consortium et al. Nature 518, 317-330 (2015) doi:10.1038/nature14248

31. • WGBS: whole-genome bisulfite sequencing
• RRBS: reduced-representation bisulfite sequencing
• mCRF: combined methylation-sensitive restriction enzyme
E: Metilación histonas
F: Acetilación histonas
G: Fact. transcripción
J: Marcas adicionales de modificación de histonas
Regiones potenciadoras
Regiones promotoras
Regiones transcribibles
Represión «Polycomb»
Heterocromatina
Roadmap Epigenomics Consortium et al. Nature 518, 317-330 (2015) doi:10.1038/nature14248

32. Marcas diferenciales de los 127 epigenomas de referencia (filas) en una región ~ 3.5 Mb (columnas)
Promotores
Potenciadores
Roadmap Epigenomics Consortium et al. Nature 518, 317-330 (2015) doi:10.1038/nature14248

33.  Patrón epigenético de IMR90
Roadmap Epigenomics Consortium et al. Nature 518, 317-330 (2015) doi:10.1038/nature14248

34.  Panel global de marcas epigenéticas y comparación con IMR90
c) Marcas epigenéticas individuales en todos los epigenomas disponibles. d) relación de los paneles de la figura (destaca las dimensiones de
conjuntos de datos)
TODOS LOS DEMÁS DATOS EN:
http://www.roadmapepigenomics.org
http://compbio.mit.edu/roadmap
Roadmap Epigenomics Consortium et al. Nature 518, 317-330 (2015) doi:10.1038/nature14248

35. a) Definiciones del estado de la cromatina, b) Cobertura promedio del genoma Anotación Genómicas en células
H1-ES . c), enriquecimientos de genes activos e inactivos en células H1-ES. d) metilación del DNA. e)
accesibilidad del DNA. Los círculos son valores atípicos individuales.
DINÁMICA DE LA METILACIÓN DEL DNA Y ESTADO DE LA CROMATINA
Roadmap Epigenomics Consortium et al. Nature 518, 317-330 (2015) doi:10.1038/nature14248

36.  VARIABILIDAD GENERAL DE CADA ESTADO DE LA CROMATINA EN TODA LA GAMA
DE TIPOS DE CÉLULAS Y TEJIDOS.
Potenciadores: + tejido-
específico
Menos
tejido-específico
Diferencias para cada estado de la cromatina entre tipos
de células
Las células madre y del s. inmune
muestran disminución de promotores
activos y bivalentes (TSSA, TssBiv) 
relacionado con su capacidad para
generar sub-linajes y entrar en
quiescencia (fase G0 reversible ).
Proporción de regiones de la cromatina a partir de
estados de la cromatina
Roadmap Epigenomics Consortium et al. Nature 518, 317-330 (2015) doi:10.1038/nature14248
Segmentos ricos en potenciadores activos
están limitados a aproximadamente el
40% del genoma (C1-C6) y el resto
aregiones inactivas (C7-C11).

37. Similitud de lineajes de células por
patrones epigenéticos
Roadmap Epigenomics Consortium et al. Nature 518, 317-330 (2015) doi:10.1038/nature14248

38. Roadmap Epigenomics Consortium et al. Nature 518, 317-330 (2015) doi:10.1038/nature14248

39. Conclusiones
 Aunque el Proyecto ENCODE ha proporcionado una ventana única e
informativa para ver el cambio evolutivo, se ha buscado sólo en 147 tipos de
células, mientras que el cuerpo humano tiene aprox. 1,000 tipos celulares.
 El proyecto es sólo el comienzo de un largo viaje para la comprensión de
nuestro genoma.