ADN BASURA DEFINE LAS DIFERENCIAS ENTRE HUMANOS Y CHIMPANCÉS
La secuencia de los genes de los humanos y chimpancés es idéntica o muy cercana, aunque hay intervalos en las zonas adyacentes a los genes que afectan que tanto los genes son encendidos o apagados. Esos intervalos genómicos entre las 2 especies se deben a inserciones o deleciones de secuencias parecidas a virus llamadas retrotransposones que comprenden cerca de la mitad de los genomas. Y aunque se ha considerado que era DNA basura sin función, se ha encontrado que hay fuerte correlación entre la diferencia en los intervalos de las 2 especies y la diferencia en la expresión de los genes, lo que es consistente con la noción de que la morfología y comportamiento específico se debe a la regulación de la expresión genética. Incluso se ha pensado la propensión alta de cáncer en los humanos comparada con los chimpancés puede ser un subproducto de la selección para incrementar el tamaño del cerebro en los humanos.
(Algo ya habríamos hablado al respecto, de como las regiones reguladoras como estilo enhancers o potenciadores hacían la diferencia entre las aletas de peces de especies emparentadas o venados, lo novedoso es pensar que sean los retrovirus venidos a menos, otra razón para pensar en que los virus son mas una forma de transferencia vertical de información de la propia especie). Identifican formas de vida misteriosas en las profundidades extremas del mar Detectaron la existencia de xenofióforos que son animales de una sola célula encontrados exclusivamente en los ambientes del mar profundo, que adquieren mayor notoriedad por el tamaño de su célula que llega a exceder los 10 cm, son abundantes en el suelo oceánico y son hospederos de una variedad de organismos. Además estudios indican que los xenofioforos son capaces de atrapar partículas del agua y concentrar altos niveles de plomo, uranio, y mercurio, siendo altamente resistentes a altas dosis de metales pesados, también están adaptados a vivir en la obscuridad, baja temperatura, y la alta presión de las profundidades del océano. Parece ser que solo son la punta del iceberg de la vida en las profundidades del mar.
(También algo ya andábamos investigando al respecto de vida en zonas de profundidad y gusanos cerca del centro de la tierra, pero el tamaño de estas células si rompe paradigmas celulares. En esencia muchas de las reacciones ocurrirían de forma más sencilla a alta presión tal vez equilibrando la falta de colisión de fotones que las facilitan en la superficie)
La propensión a una vida larga heredada no-genéticamente entre generaciones.
Modificando o bloqueando 3 de las proteínas modificadoras de cromatina de Caenorhabditis elegans lograron extender 30% la duración de la vida y no solo del animal original, sino también de sus descendientes, sin hacerlo a nivel genético. Esas proteínas tienen implicaciones en el sistema reproductivo o línea germinal.
La modificación original ya no está presente en los descendientes pero conservan la larga duración de la vida por 3 generaciones, y aunque los niveles de expresión de esas 3 proteínas se hallan en niveles normales, sin embargo los descendientes y gusanos control tienen diferencias en los patrones de expresión de cientos de genes.
(La explicación se halla probablemente en la epigenética en que aunque no sea en la secuencia el DNA es metilado o desacetilado, de modo que se encienden o apagan regiones cuyo perfil de expresión puede ser heredado).
LA IMPORTANCIA DEL ADN “BASURA”
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Las células de todos los seres vivos contienen ADN que no contiene instrucciones para codificar proteínas. Este ADN parece no tener función ninguna o muy escasa, por eso se le denomina ADN “basura”. Según recientes investigaciones esto no sería del todo cierto. Ahora Peter Andolfatto de la Universidad de California en San Diego afirma en un artículo publicado en Nature (20 de Octubre) que este ADN en realidad tendría un papel muy importante en la supervivencia del organismo y en la evolución de la especie.
Andolfatto muestra que las regiones del ADN que no codifica proteína son importantes para mantener la integridad genética del organismo. En su estudio sobre la Drosophila melanogaster ha descubierto que esas regiones son afectadas de manera especial por la selección natural.
Como los genomas de la mosca, del gusano y del hombre son similares, es de esperar que las diferencias evidentes entre estas especies estén condicionada por este ADN “basura” según Andolfatto.
La secuenciación de los genomas de la mosca de la fruta, del hombre o del nematodo ha revelado que son muy parecidos desde el punto de vista “proteico”, conteniendo un número similar de genes. Pero las mayores diferencias parecen estar en el ADN que no codifica proteínas, más que en el número de genes.
Este investigador ha usado un análisis poblacional genético para mostrar que estas regiones de ADN no codificante evolucionan más lentamente de lo esperado cuando están sometidas a la presión selección natural, permaneciendo muy estable en el tiempo. Este patrón parece mostrar una resistencia a las mutaciones, pues entre el 40% y el 70% de las nuevas mutaciones que aparecen en estas regiones fallan a la hora de incorporarse a la especie.
Todo esto sugiere que estas regiones no codificantes no son basura y que deben de realizar una función importante en el organismo que, de momento, es desconocida.
Además ha hallado regiones “basura” que exhiben una inusual cantidad de divergencia funcional genética entre diferentes especies de Drosophila. Esto implica que, al igual que los cambios en las proteínas, los cambios en el ADN no codificante pueden jugar un papel importante en la evolución de nuevas especies.
La evolución sobre las proteínas se ha enfatizado tradicionalmente como el factor clave de la evolución del genoma y en la evolución de las especies, pero el hecho de que seres con genomas parecidos desde el punto de vista proteico difieran tanto en aspecto (chimpancé y humanos por ejemplo) ha hecho a los investigadores especular sobre la posibilidad de que cambios en la regulación de los genes más que cambios en los genes mismos son los que producen las diferencias adaptativas.
Según este investigador, sus resultados avalan esta idea ya que ha demostrando que los cambios en la regulación han jugado un importante papel en la evolución de las distintas especies de Drosophila.
PARA QUÉ SIRVE EL ADN BASURA Y POR QUÉ LAS CÉLULAS FABRICAN ARN A PARTIR DE ÉL
Sólo del 1-2% del ADN humano produce ARN que codifica proteínas. El resto era calificado como ADN “basura” (junk), ¿sirve para algo? Anna Petherick trata de contestar a las preguntas del título en Nature News, Nature 454, 1042-1045 (2008), published online 27 August 2008.
En el cromosoma humano 12 se encuentra un trozo de ADN llamado HOTAIR (HOX antisense intergenic RNA), que no codifica ninguna proteína, luego no corresponde a un gen, aunque sí produce una molécula de ARN de unos 2.200 nucleótidos, llamada STAR por su descubridor, que afecta a ciertos genes del cromosoma humano 2 relacionados con el crecimiento de células de la piel. HOTAIR fue descubierto por John Rinn, quien lo califica como una “joya en el mar de los ARN largos.” Esta gran molécula de ARN no codificante es similar a Xist, el ejemplo más famoso de ARN largo no codificante, descubierto en 1991, que tiene 17.000 nucleótidos.
Hace sólo una década el ARN era considerado un mero intermediario entre el ADN y la maquinaria molecular de fabricación de proteínas, sin embargo, hoy las cosas han cambiado. Thomas Gingeras en 2005 demostró que en algunas células el 80% del ADN produce moléculas de ARN. En 2008, se ha demostrado que el 74% del genoma de la levadura de la cerveza (Saccharomyces cerevisiae) y el 90% de la levadura Schizosaccharomyces pombe producen ARN no codificante. ¿Para qué sirven todos estos “genes de ARN”? Actualmente no se sabe para qué sirven, ni siquiera se sabe si todos sirven para algo o sólo algunos. En especial, la polémica está servida para los trozos grandes de ARN no codificantes, algunos de más de 10.000 nucleótidos. De hecho, hay investigadores que creen que son “errores” que han permanecido en el genoma durante la evolución.
¿Cómo se pueden saber para qué sirven? Lo más fácil es alterar genéticamente el ADN y ver qué pasa. Por ejemplo, en ratones, Jürgen Brosius de la University of Münster, Alemania, ha eliminado 150 nucléotidos que generan ARN no codificantes en neuronas de ratones. Como resultado, aparentemente, nada ha pasado. Eso sí, el comportamiento de los animales parece “ligeramente” alterado en ciertos test de inteligencia. Pero los cambios son muy sutiles para poder asociarlos completamente a dicha alteración genética.
Los investigadores que creen que estas cadenas largas de ARN no sirven para nada ponen siempre como ejemplo ciertos estudios de levaduras que muestran que muchas cadenas largas de ARN son rápidamente destruidas por el exosoma nuclear, un complejo protéico que degrada el ARN. En dicho caso, es difícil suponer que tienen alguna función específica. Gingeras contesta a dichos investigadores que dos tercios de los ARN largos portan una etiqueta molecular que hace que sean rápidamente degradados, pero el tercio restante no la porta, al menos que se sepa, luego puede tener algún tipo de función específica.
La cuestión está abierta actualmente. Futuros estudios decidirá si los ARN largos forman parte del transcriptoma, las redes de señalización celular que determinan cuándo se debe expresar o reprimir la producción de genes, o por el contrario son en su mayoría meros “errores” de transcripción que se han propagado gracias a la evolución.
EL ADN “BASURA” DEMUESTRA SER FUNCIONAL
En un artículo publicado en Genome Research el 4 de noviembre, científicos del Instituto Genoma de Singapur (GIS) informan de que lo que anteriormente se pensaba que era ADN “basura” es uno de los importantes ingredientes que distinguen a los humanos de otras especies.
Más del 50 por ciento del ADN humano ha sido catalogado como “basura” debido a que consiste en copias de secuencias casi idénticas. Una gran fuente de estas repeticiones son los virus que se han insertado a sí mismo a través del genoma en distintas épocas durante la evolución de los mamíferos.
Usando las últimas tecnologías de secuenciación, los investigadores de GIS demostraron que muchos factores de transcripción, las proteínas maestras que controlan la expresión de otros genes, se unen a elementos repetidos específicos. Los investigadores demostraron que entre un 18 y un 33 por ciento de los lugares de unión de cinco factores clave de transcripción con papeles importantes en el cáncer y la biología de células madre están incrustados en familias repetidas distintas.
Con el tiempo evolutivo, estas repeticiones se fueron dispersando entre las distintas especies, creando nuevos lugares regulatorios a través de estos genomas. De esta forma, el conjunto de enes controlados por estos factores de transcripción es probable que difiera significativamente entre especies y que sea una guía principal de la evolución.
Esta investigación también demuestra que estas repeticiones son de todo menos “ADN basura”, dado que proporcionan una gran fuente de variabilidad evolutiva y podrían tener la clave de algunas de las importantes diferencias físicas que distinguen a los humanos del resto de especies.
El estudio de GIS también destaca la importancia funcional de partes del genoma que son ricas en secuencias repetitivas.
“Debido a que un gran número de investigaciones biomédicas usan organismos modelo tales como ratones y primates, es importante tener una comprensión detallada de las diferencias entre estos organismos modelo y los humanos para explicar nuestros hallazgos”, dijo Guillaume Bourque, Doctor, Director del Grupo GIS, y autor principal del artículo de Genome Research.
“Nuestra investigación implica que estos estudios deben también incluir repetidos, dado que probablemente son la fuente de importantes diferencias entre organismos modelo y humanos”, añade el Dr. Bourque. “Cuanto mejor comprendamos las particularidades del genoma humano, mejor comprensión habrá de las enfermedades y sus tratamientos”.
“Los hallazgos obtenidos por el Dr. Bourque y sus colegas del GIS son apasionantes y representan lo que puede ser uno de los mayores descubrimientos en la biología de la evolución y regulación genética de la década”, dijo Raymond White, Doctor y Distinguido Profesor Rudi Schmid en el Departamento de Neurología en la Universidad de California en San Francisco, y presidente del Panel de Asesoramiento Científico del GIS.
“Hemos sospechado durante algún tiempo que uno de los caminos principales por las que una especie difiere de otra – por ejemplo, por qué las ratas son distintas a los monos – está en la regulación de la expresión de sus genes: dónde están los genes expresados en el cuerpo, cuándo dura su desarrollo y en qué medida responden a los estímulos ambientales”, añade.
“Lo que han demostrado los investigadores es que los segmentos de ADN que portan lugares de unión para las proteínas reguladoras pueden, a veces, quedar explosivamente distribuidas hacia nuevos lugares del genoma, alterando posiblemente la actividad de los genes cercanos a su localización. La media de la distribución parece ser una clase de componente genético llamado “elementos transponibles” que son capaces de saltar de un lugar a otro en ciertos momentos de la historia del organismo. Las familias de estos elementos transponibles varían de una especie a otra, dado que se distribuyen los segmentos de ADN a los que se unen las proteínas reguladoras”.
El Dr. White también añadió: “Esta hipótesis de la formación de nuevas especies a lo largo de episodios de distribución de familias de secuencias de ADN reguladoras de genes es muy potente ya que nos guiará a un nuevo grupo de experimentos para determinar las relaciones funcionales de estas secuencias de ADN reguladoras con respecto a los genes que están cerca de los lugares de unión. Preveo que conforme aumente nuestro conocimiento de estos eventos, comenzaremos a comprender mucho más sobre cómo y por qué las ratas son tan distintas de los monos, incluso aunque comparten esencialmente los mismos complementos de genes y proteínas”.
EL ADN BASURA TIENE IMPORTANCIA EVOLUTIVA
En su estudio de los genes de la mosca de la fruta, la Drosophila melanogaster, Peter Andolfatto, profesor de biología en la Universidad de California en San Diego, descubrió que estas regiones se ven fuertemente afectadas por la selección natural, el proceso evolutivo que conduce a la supervivencia de organismos y genes mejor adaptados al entorno.
Sus descubrimientos son importantes porque la similitud de las secuencias genéticas en moscas de la fruta, gusanos y humanos, sugiere que procesos similares son probablemente responsables de las diferencias entre humanos y sus parientes evolutivos cercanos.
Secuenciando el genoma completo de humanos, moscas de la fruta, nematodos y plantas, se ha comprobado que el número de genes que codifican proteínas tiene una similitud mayor de lo que se esperaba. Curiosamente, las mayores diferencias entre grupos principales de especies parecen residir en la cantidad de ADN "basura" en vez de en el número de genes.
Usando un método genético de población recientemente desarrollado, Andolfatto demostró que las regiones expansivas de ADN "basura" (que en la Drosophila representan cerca del 80 por ciento del genoma total de la mosca) evolucionan más lentamente de lo esperado, debido a las presiones de selección natural sobre el ADN que no codifica proteínas para mantenerse igual con el paso del tiempo.
Lo más probable, según Andolfatto, es que este patrón indique resistencia a la incorporación de nuevas mutaciones. De hecho, de un 40 a un 70 por ciento de mutaciones nuevas que se originan en el ADN no codificante no logran ser incorporadas por estas especies, lo que sugiere que tales regiones no son "basura", sino algo funcionalmente importante en el organismo.
ADN BASURA EVOLUCIÓN
Andolfatto también encontró que las regiones "basura" muestran una cantidad extraordinariamente grande de divergencia genética funcional entre especies diferentes de Drosophila, evidencia adicional de que estas regiones son evolutivamente importantes para los organismos. Esto significa que, como la evolución de proteínas, los cambios en estas regiones "basura" del genoma también desempeñan un papel importante en la evolución de nuevas especies.
La evolución de proteínas tradicionalmente ha sido subrayada como un aspecto crucial de la evolución genética y de nuevas especies. El grado de similitud de secuencias de proteínas entre humanos y chimpancés, y otros grupos estrechamente relacionados pero distintos morfológicamente, ha conducido a algunos investigadores a suponer que la mayoría de las diferencias adaptables entre especies son debidas a los cambios en la regulación genética y no a la evolución de proteínas. Los resultados de Andolfatto apoyan esto, demostrando que los cambios reguladores han sido de gran importancia en la evolución de nuevas especies de Drosophila.
