Por Sara Ryding, B.Sc.Revisado por Deepthi Sathyajith, M.Pharm.

La secuenciación de bisulfito del genoma completo, o WGBS, es una técnica de secuenciación de próxima generación para analizar la metilación del ADN.

Crédito de la imagen: Egorov Artem /

La metilación del ADN es un mecanismo epigenético para regular la expresión de los genes y consiste en añadir un grupo metilo a una base de citosina. Los patrones de metilación anormales se han asociado a varias afecciones y enfermedades, como el cáncer. Desde el desarrollo de WGBS, se ha aplicado para estudiar la reprogramación epigenética, las firmas epigenéticas y otros.

Metodología básica

WGBS combina el uso del tratamiento con bisulfito de sodio y la secuenciación de ADN de alto rendimiento. El bisulfito de sodio protege las citosinas metiladas, o metilcitosinas, de la conversión, mientras que las citosinas no metiladas se convierten en uracilo.

Las citosinas no metiladas se convierten después en timina tras la PCR, lo que significa que los resultados de la secuenciación muestran predominantemente bases de adenina, guanina y timina, y cualquier base de citosina indica sitios de citosina metilada.

El método se intentó inicialmente en Aradopsis thaliana, una planta, debido a su genoma relativamente pequeño. Desde entonces ha demostrado ser capaz de analizar alrededor del 90% de todas las citosinas que se han intentado. La técnica WGBS se ha aplicado a los genomas de humanos, ratones, maíz y soja.

Aplicaciones de las células madre

Las células madre son células indiferenciadas que conservan la capacidad de convertirse en cualquier tipo de célula, como neuronas o células musculares. Esto hace que sean de gran interés para los biólogos del desarrollo y las eventuales aplicaciones en medicina, para entender qué las diferencia de las células maduras.

Los primeros mapas de resolución de una sola base del genoma de las citosinas metiladas en las células madre embrionarias humanas y los fibroblastos fetales mostraron grandes diferencias entre ambas. En las células embrionarias, casi una cuarta parte de toda la metilación identificada estaba en un contexto de guanina no citosina (CG), mientras que en las células fetales el 99,98% de las metilcitosinas estaban en el contexto GC.

El contexto no CG significa que estaba en CHG o CHH, donde H representa adenina, timina o citosina. Antes de esto, se creía predominantemente que casi toda la metilación del ADN de los mamíferos se producía en el contexto CG, mientras que este estudio indica que puede ser una característica general en las células madre embrionarias humanas.

La metilación no-CG parecía perderse tras la diferenciación. La metilación no-CG se restauró cuando las células fetales fueron manipuladas en células madre pluripotentes inducidas. Esto también demuestra que la metilación CHG y CHH no se debe a diferencias genéticas, sino que es una característica de las células madre embrionarias.

El estudio anterior indicaba que las células madre, ya sean células madre pluripotentes inducidas o células madre embrionarias, compartían características epigenéticas a través de la metilación. Las células madre son tremendamente importantes para fines terapéuticos y el estudio de enfermedades. Se diferencian de las células somáticas por transformaciones epigenómicas, más que genéticas, lo que hace que el estudio de su patrón de metilación sea muy interesante.

Un estudio de seguimiento se centró en las diferencias entre las células madre embrionarias y las células madre pluripotentes inducidas y descubrió que, aunque su patrón de metilación es muy similar a nivel global, las células madre pluripotentes inducidas muestran una variación sustancial en la reprogramación en comparación con las células madre embrionarias. Por lo tanto, aunque la WGBS ha ayudado a dilucidar muchas cosas sobre las células madre, todavía quedan algunas cuestiones pendientes.

La WGBS en la biología del desarrollo

La metilación del ADN es importante durante el desarrollo normal en los mamíferos. En particular, la metilación no-CG está muy extendida en las células madre pluripotentes y en los ovocitos.

Los investigadores han utilizado la WGBS para explorar más a fondo este concepto y han descubierto que casi dos tercios de toda la metilación en los ovocitos de la vesícula germinal de los ratones se produce en un contexto no-CG. También descubrieron que la metilación de los sitios no-CG se acumulaba durante el crecimiento del ovocito.

La metilación no-CG parecía depender de unas pocas metiltransferasas en particular, concretamente del complejo de metiltransferasas de ADN, es decir, el complejo Dnmt3s-Dnmt3L. Por el contrario, Dnmt1 parecía mantener la metilación del CG.

La herencia de la programación epigenética es más común en las plantas que en los mamíferos. Un estudio centrado en la metilación descubrió que, mediante el uso de WGBS, la línea germinal de las plantas preservaba la metilación CG y CHG. Esto contrasta con los mamíferos, en los que la metilación CHH se pierde en las microsporas y los espermatozoides. Sin embargo, es restaurada por la metiltransferasa de novo del ADN guiada por ARN pequeño después de la fertilización.

WGBS para el diagnóstico precoz de enfermedades

Los estudios han demostrado que la WGBS puede utilizarse para detectar la metilación anormal mediante el cribado de genes supresores hipermetilados específicos, como se observa en cánceres como la leucemia promielocítica aguda, el cáncer gástrico, etc.

Aplicaciones de la WGBS en la ciencia forense

Se han realizado estudios forenses en muestras de manchas de sangre secas utilizando la WGBS tras la extracción del ADN. El uso de la WGBS proporciona muestras de alta calidad que mejoran el análisis de la metilación del ADN en las manchas forenses.

En resumen, la WGBS es cada vez más popular en el estudio de la metilación del ADN debido a la capacidad de esta técnica para estimar la metilación del ADN genómico convertido en bisulfito a una resolución de un solo nucleótido.

Aunque la WGBS es una herramienta muy eficiente para entender la reprogramación epigenética, es de igual importancia desarrollar y mantener una tecnología de alta secuenciación rentable que pueda ser utilizada en diversos campos de la investigación científica.

Lectura adicional

• Todo el contenido de secuenciación de ADN
• Secuenciación de ADN
• Ensamblaje de secuencias de ADN
• Microarray de ADN
• Técnicas dethroughput DNA Sequencing Techniques

Written by

Sara Ryding

Sara es una apasionada escritora de ciencias de la vida especializada en zoología y ornitología. Actualmente está terminando un doctorado en la Universidad de Deakin, en Australia, que se centra en cómo cambian los picos de las aves con el calentamiento global.

Citaciones