Impacto de la calidad del aire en los patrones epigenéticos de la Histona H3 y expresión génica en habitantes de la ciudad de Bogotá, Colombia.

A pesar de los esfuerzos continuos de las agencias gubernamentales, la contaminación del aire sigue siendo una amenaza importante para la salud pública en todo el mundo. En enero de 2017, ocurrió un grave episodio de smog similar al Great Smog de 1952 en Londres (9). El episodio más largo de neblina en China también se desarrolló en Beijing, durante el cual los niveles de material particulado PM2.5 aumentaron a 500 μg/m3. El smog europeo y la neblina China se asocian con un gran número de muertes prematuras cada año, en 400,000 y 1.2 millones, respectivamente, principalmente por enfermedades respiratorias, cerebrovasculares y cardiopatías isquémicas (9). Para Colombia, en los últimos años la contaminación del aire se ha convertido en una problemática de vital atención para las autoridades ambientales de algunas regiones. En Antioquia, Cundinamarca, Norte de Santander y la Guajira, las mediciones de las diferentes estaciones encargadas de monitorear la calidad del aire han reportado, según el informe del IDEAM, niveles indicativos de micropartículas contaminantes (PM10 y PM2.5) por encima de la norma permitida por la Organización Mundial de la Salud (OMS) (2). Particularmente para Bogotá en los meses de febrero y marzo del 2023 se reportó Alerta ambiental debido a que los indicadores de calidad del aire registraron un incremento sostenido de emisiones de material particulado de PM2.5 en las localidades de Fontibón, Kennedy, Carvajal-Sevillana, Tunal y Móvil séptima. Es un hecho comprobado que la presencia de contaminantes en el aire incide directamente en la salud de las personas y animales; lo anterior debido a la exposición directa de las células epiteliales del pulmón al aire que se inhala. Por esta razón las manifestaciones clínicas más frecuentes asociadas a mala calidad del aire son las enfermedades respiratorias asociadas con infecciones, enfermedad obstructiva pulmonar crónica (EPOC), asma y cáncer de pulmón (3). Estos antecedentes reflejan la necesidad urgente de manejar los efectos tóxicos del smog, humo y aersosoles,en beneficio de la salud mundial y la implementación del novedoso concepto de intervención de precisión para proteger a las personas expuestas cuando la exposición al smog y el humo de segunda mano no pueden evitarse o modificarse fácilmente de manera voluntaria (9). Con estudios genómicos, transcriptómicos y epigenómicos novedosos que demuestren el impacto de la contaminación del aire en cambios de la expresión génica aberrantes relacionados con enfermedades como el cáncer de pulmón, será posible desarrollar estrategias de precisión para la intervención temprana en las vías causantes de la enfermedad impulsadas por mutaciones específicas o epigenéticas (9). En los últimos años se ha demostrado que la contaminación atmosférica afecta directamente mecanismos epigenéticos y en consecuencia influye en la activación o expresión de genes involucrados con algunas patologías respiratorias, cardiacas y tumorales (4). En este sentido las modificaciones covalentes de las histonas son reactivas al medio ambiente y pueden establecer estados de cromatina que son permisivos o represivos a la expresión génica (7). La expresión génica es específica de la célula y, por lo tanto, es importante comprender su contribución en la respuesta celular. En tejidos epiteliales de las vías respiratorias que forman la barrera mucosa de inhalación se han descrito diferentes respuestas que dependen del ambiente dentro del pulmón. Por ejemplo, el epitelio de las vías respiratorias de los asmáticos es anormal y se caracteriza por la desregulación de genes relacionados con inflamación, respuesta inmune, EGFR y P63, entre otros (7). Se ha descrito que esta desregulación es consecuencia de la alteración de los patrones epigenéticos normales. Específicamente se han reportado incrementos en los niveles de H3K9Ac y H3K18Ac (7, 8). El incremento en estas modificaciones de histonas explicaría la sobreexpresión génica dado que su presencia en los promotores estaría relacionada con el remodelamiento de la cromatina y una mayor accesibilidad de la maquinaria transcripcional (4). De otra parte, en sujetos de investigación sanos, estudios recientes han demostrado que el PM inhalado derivado del tráfico regula el estrés oxidativo (ROS) y la respuesta proinflamatoria, dos vías importantes en patologías cardiopulmonares y el cáncer (10). La evidencia experimental en los últimos años apoya un papel crítico de los mecanismos epigenéticos en estas dos vías. Se ha determinado por ejemplo que en las histonas el estrés oxidativo puede ocasionar cambios en su conformación estructural y de esta manera alterar el patrón de modificaciones postraduccionales. Tal es el caso de H3K9Me2, H3K4Me3, H3K27Me3, H3K79Me3, y H3K4Me2, las cuales han mostrado disminuciones significativas a lo largo del genoma como consecuencia del estrés oxidativo generado por exposición a material particulado (10). En paralelo también se ha descrito que la enzima Nox2-derivada del estrés oxidativo genera incrementos significativos en los niveles de acetilación de la histona H3 producto de la activación de algunas enzimas con acción histona acetil transferasa (HAT) (10). En Colombia no existen proyectos de investigación que evalúen cambios en la expresión génica modulados por la exposición de aire contaminado. Por lo tanto, nuestra pregunta de investigación es: ¿Existen cambios en los perfiles de expresión génica en sujetos de investigación de Bogotá de localidades con calidad de aire opuesta (Usaquén y Carvajal-Sevillana)? Las preguntas específicas que contribuyen a responder esta pregunta global son: ¿Qué cambios se identifican en los perfiles de expresión génica en sujetos de investigación de Bogotá de localidades con calidad de aire opuesta?¿En qué procesos biológicos o patológicos participan los genes con perfiles de expresión aberrante? Existe alguna asociación entre los niveles de expresión génica y los niveles de material particulado PM2.5 detectado en las localidades analizadas? Las localidades seleccionadas para el análisis fueron: Usaquén para análisis con menor concentración de PM2.5; y Carvajal-Sevillana con mayores concentraciones de PM2.5 por tráfico (12). La ejecución de esta propuesta de investigación será un aporte fundamental al conocimiento relacionado con la regulación transcripcional y el medio ambiente; y a su vez permitirá la estructuración de grupos de Investigación en salud y ambiente que integren las capacidades nacionales y regionales para la generación de conocimiento, desarrollo tecnológico e innovación en problemas de salud que hoy son prioritarios para nuestro país.