Un cambio en el código genético podría explicar la pérdida de cola en los antepasados humanos

Publicado originalmente por NYU Langone Health, el 28 de febrero de 2024

 

Los primates con cola carecen de cierta inserción de ADN en un gen llamado TBXT.  Credito: Mark Newman/Getty

Un cambio genético de nuestros antiguos antepasados podría explicar en parte por qué los humanos no tienen cola como los monos, según un nuevo estudio dirigido por investigadores de la Facultad de Medicina Grossman de la NYU.

Publicado el 28 de febrero como portada de la revista Nature, el trabajo comparó el ADN de simios y humanos sin cola con el de monos con cola, y halló una inserción de ADN compartida por simios y humanos, pero ausente en los monos.

Cuando el equipo de investigación modificó una serie de ratones para examinar si la inserción en un gen llamado TBXT afectaba a sus colas, descubrió una variedad de efectos en la cola, incluidos algunos ratones nacidos sin cola.

"Nuestro estudio empieza a explicar cómo la evolución eliminó nuestras colas, una cuestión que me ha intrigado desde que era joven", dice el autor de un estudio relacionado, el doctor Bo Xia, estudiante en el momento del estudio en los laboratorios de los coautores principales, los doctores Jef D. Boeke e Itai Yanai, de la Facultad de Medicina Grossman de la NYU. Xia es ahora miembro de la Harvard Society of Fellows e investigador principal del Instituto Broad del MIT y Harvard.

En trabajos anteriores se habían relacionado más de 100 genes con el desarrollo de la cola en diversas especies de vertebrados, y los autores del estudio plantearon la hipótesis de que la pérdida de la cola se producía por uno o más cambios en el código del ADN (mutaciones).

Sorprendentemente, dicen los autores del estudio, el nuevo estudio descubrió que las diferencias en las colas no procedían de mutaciones TBXT, sino de la inserción de un fragmento de ADN llamado AluY en el código regulador del gen en los antepasados de simios y humanos.

Sorpresa profunda

El nuevo hallazgo se beneficia del proceso por el que las instrucciones genéticas se convierten en proteínas, las moléculas que conforman las estructuras y señales del organismo. El ADN se "lee" y se convierte en un material relacionado en ARN y, en última instancia, en ARN mensajero maduro (ARNm), que produce las proteínas.

En un paso clave que produce ARNm, se recortan del código unas secciones "espaciadoras" llamadas intrones, que con anterioridad guían el cosido (empalme) sólo de las secciones de ADN llamadas exones, que codifican las instrucciones finales.

Además, los genomas de los animales vertebrados evolucionaron hacia el empalme alternativo, por el que un único gen puede codificar más de una proteína omitiendo o añadiendo secuencias de exones. Más allá del empalme, el genoma humano se hizo aún más complejo al evolucionar para incluir "innumerables" interruptores, parte de la mal conocida "materia oscura" que activa genes a distintos niveles en diferentes tipos de células.

Otros trabajos han demostrado que la mitad de esta "materia oscura" no génica del genoma humano, que se encuentra tanto entre los genes como dentro de los intrones, consiste en secuencias de ADN muy repetidas. Además, la mayoría de estas repeticiones consisten en retrotransposones, también llamados "genes saltarines" o "elementos móviles", que pueden desplazarse e insertarse de forma repetida y aleatoria en el código humano.

Reuniendo todos estos detalles, el estudio actual descubrió que la inserción del transposón de interés, AluY, que afectaba a la longitud de la cola, se había producido aleatoriamente en un intrón dentro del código TBXT. Aunque no cambiaba una porción codificante, la inserción en el intrón, según demostró el equipo de investigación, influía en el empalme alternativo, algo no visto antes, para dar lugar a una variedad de longitudes de cola.

Xia descubrió que una inserción AluY que permanecía en el mismo lugar dentro del gen TBXT en humanos y simios daba lugar a la producción de dos formas de ARN TBXT. Según su teoría, una de ellas contribuía directamente a la pérdida de la cola.

"Este hallazgo es notable porque la mayoría de los intrones humanos llevan copias de ADN repetitivas y saltarinas sin ningún efecto sobre la expresión génica, pero esta inserción AluY en particular hizo algo tan obvio como determinar la longitud de la cola", dijo Boeke, the Sol y Judith Bergstein, Director del Instituto de Genética de Sistemas de la NYU Langone Health.

Se cree que la pérdida de cola en el grupo de primates que incluye gorilas, chimpancés y humanos se produjo hace unos 25 millones de años, cuando el grupo evolucionó alejándose de los primates del Viejo Mundo.

Tras esta escisión evolutiva, el grupo de simios que incluye a los humanos actuales evolucionó hacia la formación de menos vértebras en la cola, dando lugar al cóccix o rabadilla. Aunque la razón de la pérdida de la cola es incierta, algunos expertos proponen que pudiera haberse adaptado mejor a la vida en el suelo que en los árboles.

Los investigadores afirman que cualquier ventaja derivada de la pérdida de la cola fue probablemente poderosa, ya que pudo producirse a pesar de tener un coste. Los genes suelen influir en más de una función del organismo, por lo que los cambios que suponen una ventaja en un lugar pueden ser perjudiciales en otro. En concreto, el equipo de investigación descubrió un pequeño aumento de los defectos del tubo neural en ratones con la inserción del gen TBXT durante el estudio.

"Futuros experimentos pondrán a prueba la teoría de que, en un antiguo cambio evolutivo, la pérdida de cola en los humanos contribuyó a crear defectos congénitos del tubo neural, como los relacionados con la espina bífida, que hoy se observan en uno de cada mil neonatos humanos", afirma Yanai, también del Instituto de Genética de Sistemas.

Más información: Itai Yanai, On the genetic basis of tail-loss evolution in humans and apes, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07095-8. www.nature.com/articles/s41586-024-07095-8

Información de la revista: Nature

Proporcionado por NYU Langone Health

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