Los avances recientes en el conocimiento de los mecanismos de regulación de la expresión génica han cambiado nuestra concepción de las enfermedades complejas, como el cáncer, el lupus o la artritis reumatoide (AR). Estos rasgos poligénicos se asocian a un conjunto de genes de baja penetrancia, los cuales confieren susceptibilidad o protección y se transmiten con un patrón de herencia no Mendeliano1 En el caso de la AR, se desconocen en gran medida los factores ambientales que puedan participar en su aparición, lo que incrementa la dificultad para predecir su desarrollo. Lo más probable es que los pacientes que buscan atención médica sean tan solo una pequeña parte de la población artrítica. Sin embargo, sería de gran interés estudiar también a los pacientes con enfermedad leve de curso remitente, para poder identificar los factores que determinan la progresión. En este sentido, las enfermedades complejas se caracterizan por un amplio espectro de gravedad, que refleja el efecto acumulativo de diferentes factores permisivos.

Independientemente de la carga genética, la actividad transcripcional de los genes está exquisitamente regulada de forma específica en cada tejido, en función del estado evolutivo. Durante el desarrollo embrionario se lleva a cabo una represión en la expresión de gran cantidad de genes, que va progresando a lo largo de las divisiones celulares y es responsable de la especificación2. Esto se ejecuta mediante un programa de silenciamiento epigenético, un término acuñado para subrayar que se produce una supresión estable de la expresión génica, generando patrones transmisibles a las células hijas, pero sin que ello conlleve cambios en la línea germinal3. Aunque por el momento, el alcance de las modificaciones epigenéticas no se conoce en toda su extensión, es ya evidente que procesos fundamentales como el crecimiento celular, la secreción hormonal, la respuesta inflamatoria y la maduración de las células inmunes están gobernados por este tipo de regulación3. Del mismo modo, las enfermedades degenerativas, la inflamación o el cáncer, se caracterizan por la acumulación de marcas epigenéticas en las células enfermas. Ello ha llevado a postular que distintos factores ambientales pasados y recientes conducen a la alteración de los patrones de expresión génica por mecanismos epigenéticos, pudiendo éstos, en consecuencia, explicar en gran medida la contribución ambiental al desarrollo de las enfermedades complejas4.

La inhibición de la transcripción génica se produce mediante la metilación del ADN y los cambios en la conformación de la cromatina. Ambos mecanismos actúan de forma coordinada y afectan a la accesibilidad de los genes para su lectura (fig. 1)4,5. La cromatina está estabilizada por las uniones covalentes entre el ADN y las histonas y otras proteínas básicas del núcleo celular. Las modificaciones postraducción de las histonas dan lugar a cambios de afinidad en su unión con el ADN, generando una conformación cerrada o abierta de la cromatina (hetero o eucromatina, respectivamente). Tanto la metilación del ADN como las modificaciones de las histonas son procesos reversibles, catalizados por enzimas y cofactores específicos. Ello indica que las células son capaces de cambiar sus patrones de expresión epigenéticos en respuesta a diferentes estímulos, permitiendo al mismo tiempo su manipulación con intención terapéutica. Sin embargo, muchas de estas marcas epigenéticas tendrán que esperar a la siguiente división mitótica para poder ser modificadas.

Figura 1.

Marcas epigenéticas asociadas a las conformaciones cerrada y abierta de la cromatina. El silenciamiento génico se consigue con un alto nivel de metilación del ADN (Met-Dinucleotidos citosinafosfoguanina), en combinación con la deacetilación de las histonas H3 y H4 (deAc-H3, deAc-H4) y la metilación de la histona H3 en los residuos lisina 9 y 27 (Met-H3K9, Met-H3K27). Mediante estos cambios en su estructura, las interacciones entre las histonas y el ADN son más fuertes, determinando una conformación cerrada o heterocromatina. La presencia de moléculas capaces de estabilizar las uniones covalentes entre el ADN metilado y las histonas, como MeCP2, producen un empaquetamiento aún más denso del genoma. La activación de la expresión génica se caracteriza por la acetilación de las histonas H3 y H4 (Ac-H3, Ac-H4) y la metilación de las lisinas en posición 4, 36 y 79 de la histona H3 (Met-H3K4, Met-H3K36, Met-H3K79). Ello determina una configuración abierta, con uniones laxas con el ADN, clásicamente denominada eucromatina. Los cambios entre ambas configuraciones son, en gran medida, dinámicos.

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La metilación del ADN tiene lugar en determinadas regiones ricas en dinucleotidos citosinafosfoguanina por la acción de las ADN metiltransferasas (DNMT). Las histonas H3 y H4, por su parte, pueden sufrir numerosas transformaciones, como fosforilación, metilación, acetilación, ribosilación, sumoilación, ubiquitinación, así como las reacciones inversas y varias combinaciones. La mayoría de ellas se producen en los aminoácidos lisina (K) o arginina (D) cercanos al extremo amino-terminal de la proteína. Existe una larga lista de enzimas que participan en las modificaciones de las histonas, en la que destacan las familias de las histona-acetilasas (HAT) y las histona-deacetilasas (HDAC)6 La eliminación de grupos acetilo se relaciona estrechamente con el silencio transcripcional, mientras que la acetilación abre la conformación de la cromatina y se asocia a un incremento de la expresión génica (fig. 1)7,8.

Las respuestas inflamatorias en la septicemia y en la AR en brote muestran una explosión inicial de citoquinas de características muy similares; sin embargo, en la septicemia, esta oleada deja paso a un descenso en los niveles de las citoquinas que no tiene lugar en la artritis9 Esto indica que existe un control defectuoso en la finalización del proceso en los pacientes con artritis. La principal ruta encaminada a la producción de las citoquinas proinflamatorias, tanto durante la sepsis como en la AR, es la vía de activación innata del factor de transcripción (NF)κB10. Esta ruta es un claro ejemplo de cómo los mecanismos epigenéticos intervienen en la regulación de las respuestas celulares. El NFκB se encuentra en estado latente en el citoplasma de las células, anclado a su inhibidor, IκB. A su vez, la disponibilidad del inhibidor está regulada mediante la metilación de su promotor, situación que puede determinar importantes diferencias en la producción de citoquinas. Por otra parte, la cromatina está plegada en una conformación cerrada en las regiones correspondientes a los promotores de las citoquinas pro-inflamatorias. En sincronización con la translocación al núcleo del NFκB, han de producirse cambios transitorios en esta conformación (una demetilación en K9 y una fosforilación en la serina (S)10 de la histona H3)11,12 para permitir la incorporación de la maquinaria transcripcional a sus sitios de unión en los promotores del factor de necrosis tumoral (TNF)α y la interleuquina (IL)1β13

Otro de los procesos estrechamente regulado por mecanismos epigenéticos es la diferenciación de las células inmunocompetentes14 La AR se caracteriza por la polarización hacia respuestas Th1 y Th17. La diferenciación de las células T doble-positivas hacia las Th1 se produce a través de la metilación progresiva del promotor de la IL4, que es la citoquina específica de las células Th2, hasta su supresión completa15. Por su parte, el factor de transcripción FoxP3, definitorio de las funciones T reguladoras, es susceptible de silenciamiento por metilación, un evento que inclina la balanza hacia la producción de células Th17 y favorece la autoinmunidad16. Estos cambios en el fenotipo de las células T son, en gran medida, reversibles y existe evidencia de que algunas citoquinas, como el factor de crecimiento transformante (TGF)β, la IL6 y el interferón (IFN)γ, participan de forma activa en el establecimiento de los patrones epigenéticos en las subpoblaciones de células T17.

Aún en espera de comprobar el perfil de seguridad que muestran los tratamientos epigenéticos en los pacientes con cáncer, podemos pronosticar que estos tratamientos se introducirán en enfermedades no neoplásicas, como la AR, en un futuro próximo28. La meta principal de los abordajes epigenéticos en la AR será aumentar la expresión de genes reguladores que se encuentren anormalmente silenciados, con la pretensión de atenuar con ello la expresión clínica de la enfermedad. Esto puede conseguirse bien inhibiendo la metilación del ADN o cambiando la conformación de la cromatina en lugares determinados. Como principal contrapartida, el uso de estas estrategias conlleva el riesgo de eliminar marcas epigenéticas constitutivas, como las que evitan la expresión de transgenes, en las células con alto índice replicativo19.

Agentes demetilantes

Estos son, con diferencia, los fármacos epigenéticos más prometedores para el tratamiento de la AR. Es probable que la metilación de novo de ciertos genes reguladores favorezca la progresión de la AR y su reexpresión dé lugar a un fenotipo más leve o mejore la respuesta a fármacos modificadores de evolución (fig. 2A). En realidad, algunos de los fármacos empleados actualmente en el tratamiento de la artritis podrían actuar como agentes demetilantes. Cuando comenzaron a estudiarse las modificaciones epigenéticas en el cáncer, se observó que la mayoría de los agentes antineoplásicos ejercían efectos epigenéticos al emplearse a dosis no citotóxicas4,29. El Metotrexato, como antagonista de la dihidrofolato reductasa, limita la acción de las DNMT (fig. 2B). El ácido fólico actúa como aceptor de grupos metionina de la homocisteina, en presencia de vitamina B12. A su vez, la metionina es el donante de los grupos metilo que las DNMT utilizan para llevar a cabo la metilación de los residuos citosina del ADN30. Esto sugiere que el Metotrexato impide las reacciones de metilación de novo (fig. 2B), una acción que podría explicar parte de su beneficio en la AR. Por otra parte, dada la participación de la IL6 en los procesos de metilación del genoma y en las interacciones con las HDAC31 es probable que su inhibición terapéutica con el uso del Tocilizumab redunde en cambios en los patrones epigenéticos asociados a la enfermedad y en el futuro se puedan asociar estos cambios a grupos de respuesta clínica. Existe la preocupación de que el uso de agentes demetilantes pueda conducir a un aumento en los niveles de las metaloproteinasas 3 y 13, moléculas implicadas en la destrucción articular. Estas moléculas tienen dinucleotidos citosinafosfoguanina en su promotor, susceptibles de metilación. En FS en cultivo, la producción de la metaloproteinasas 3 aumenta tras la exposición a 5-aza CdR, mientras que la expresión incrementada de ambas proteasas en el cartílago artrósico se ha puesto en relación con el bajo grado de metilación de su promotor en los condrocitos enfermos respecto a los sanos32,33. No obstante, todo parece indicar que el umbral necesario para eliminar las marcas epigenéticas constitutivas es mayor que el que se precisa para impedir la metilación de novo.

Figura 2.

Acciones de los inhibidores de las ADN metiltransferasas. A) Predicción de los efectos del tratamiento con agentes demetilantes en la artritis reumatoide. Según indican los estudios disponibles, el uso de estos tratamientos redundaría en beneficios en los procesos patogénicos principales de la artritis reumatoide: la sinovitis, la polarización de las células T y la inmunidad innata. B) Efecto del Metotrexato (MTX) sobre la acción de las ADN metiltransferasas (DNMTs). DHF: ácido dihidrofólico; THF: ácido tetrahidrofólico; SAM: sulfoadenosil metionina; SAH: sulfoadenosil homocisteina.

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La principal lección que nos proporcionan los denominados tratamientos biológicos es que la AR es una entidad heterogénea que requiere un abordaje terapéutico individualizado47 El reto para aplicar el mejor tratamiento a cada caso consiste en clasificar a los pacientes en función de su riesgo de progresión y de su probabilidad de respuesta48. Del mismo modo que empleamos las herramientas genéticas, como los haplotipos HLA, DR y el estudio a gran escala de polimorfismos (HapMap), en el futuro inmediato debemos transformar nuestros conocimientos sobre la epigenética de la AR en herramientas con valor predictivo o pronóstico, e integrarlas a las ya disponibles. De forma simplificada, algunas de las medidas podrían ser la determinación del ratio HAT/HDAC y el grado de metilación del ADN en las muestras relevantes de los pacientes. En la actualidad ya se está trabajando en obtener estos patrones a gran escala, además de en el mapeo del sistema de microRNA (MirMap), no mencionado en esta revisión, pero de igual trascendencia para comprender la patogenia de las enfermedades autoinmunes49. El conocimiento de los mecanismos epigenéticos nos está proporcionando los medios para conocer mejor y utilizar mejor los tratamientos ya existentes para la artritis reumatoide. Asimismo, algunos circuitos patogénicos aparecen como candidatos ideales a ser reprogramados en los fibroblastos sinoviales y en las células mononucleares de los pacientes. De momento, para el uso de los agentes epigenéticos en la AR deberá optimizarse su selectividad y su captación por el tejido diana, con objeto de evitar la aparición de efectos indeseables. No obstante, en analogía con lo observado con los tratamientos biológicos, el éxito de las terapias epigenéticas se basará en la correcta selección de los pacientes.

Los autores declaran no tener ningún conflicto de intereses.