Hace 700 millones de años, la regulación génica impulsó la evolución de los antiguos animales oceánicos

La regulación génica es un fenómeno biológico innato que permite a un organismo activar y desactivar genes con gran precisión.

Publicado originalmente por Srishti Gupta, en interestingengineering.com el 07 de mayo de 2025

 

Imagen representativa de un ctenóforo. iStock

 

Un hallazgo reciente está cambiando lo que los científicos creían entender sobre la historia del control de los genes. La investigación, llevada a cabo con ctenóforos y esponjas por el Centro de Regulación Genómica (CRG) y el Centre Nacional d'Anàlisi Genòmica (CNAG) en España indica que la regulación distal -la capacidad de controlar genes a distancia- se desarrolló mucho antes en la historia evolutiva de lo que se pensaba.

Se calcula que este sofisticado mecanismo genómico se desarrolló hace entre 650 y 700 millones de años, 150 millones de años antes de lo que se pensaba, cerca de los albores de la vida animal.

Esta innovación crítica, posiblemente se originó en una criatura marina, el ancestro común de todos los animales exitentes.

«Esta criatura podía reutilizar su caja de herramientas genéticas de distintas maneras, como una navaja suiza, lo que le permitía perfeccionar y explorar estrategias de supervivencia innovadoras. No esperábamos que este nivel de complejidad fuera tan antiguo», afirma la Dra. Iana Kim, primera autora del estudio.

¿Qué es la regulación génica?

La regulación génica es un fenómeno biológico innato que permite a los organismos activar y desactivar genes con gran precisión. A diferencia de los organismos menos complejos, que utilizan interruptores adyacentes para apagar y encender genes dentro de las cadenas de ADN, los organismos más complejos desarrollaron mecanismos para la activación a distancia de genes mediante un elaborado plegamiento de ADN  y proteínas en sofisticados bucles tridimensionales.

La coordinación espacial energéticamente costosa del ADN hace posible que organismos multicelulares con intrincados programas de diferenciación desbloqueen diferentes tipos de células sin recablear por completo el plano genómico.

«Se puede descubrir mucha biología nueva observando extrañas criaturas marinas. Hasta ahora, hemos comparado secuencias genómicas. Sin embargo, gracias a los nuevos métodos, ahora podemos analizar qué mecanismos de regulación génica controlan la función del genoma en todas las especies», explica el profesor de investigación ICREA Arnau Sebe-Pedrós, autor correspondiente del estudio.

Una máquina del tiempo genómica

Para averiguar cuándo y cómo se desarrolló la regulación distal, el grupo estudió los genomas en 3D de 11 especies que representan las primeras ramas del árbol animal, incluyendo la nuez de mar (Mnemiopsis leidyi), los ctenóforos, los placozoos, los cnidarios y las esponjas.

Utilizando una técnica de vanguardia llamada Micro-C, que cartografía la forma en que se pliega el ADN dentro de una célula, los investigadores analizaron más de 10.000 millones de fragmentos de datos secuenciados.

Los resultados fueron sorprendentes: los organismos unicelulares no mostraban signos de control de los genes a larga distancia, pero muchos de los primeros animales derivados de ellos tenían miles de bucles en sus compactos genomas. La nuez de mar tiene más de 4.000 bucles de ADN, lo cual es bastante sorprendente si se tiene en cuenta que su genoma sólo tiene 200 millones de letras de ADN, frente a los 3.100 millones del genoma humano.

Otra sorpresa fue el descubrimiento de que los primeros animales lograban estos bucles sin CTCF, una proteína que durante mucho tiempo se consideró esencial para el plegamiento del genoma en los vertebrados. En su lugar, los ctenóforos utilizan una proteína diferente de la misma familia estructural, lo que sugiere que la evolución encontró múltiples soluciones al mismo problema.

Dar forma a la vida moderna

Esta revelación tiene profundas implicaciones. En la actualidad, los seres humanos siguen dependiendo de la regulación distal para diferenciar entre células cerebrales, células cutáneas y otros innumerables tipos, a pesar de tener el mismo ADN en todas las células.

Cuando este sistema regulador falla, puede provocar enfermedades. Al rastrear sus orígenes hasta los primeros animales de la Tierra, los científicos adquieren conocimientos fundamentales sobre cómo evolucionaron los sistemas de control génico y cómo podrían repararse cuando se lesionan.

«Es impresionante que un mismo problema se haya resuelto utilizando herramientas distintas. Gracias a este trabajo, sabemos que se pueden utilizar dos proteínas distintas para unir trozos de ADN distales en el espacio, formando un bucle. ¿No es maravillosa la evolución?», concluye el Profesor de Investigación ICREA Marc A. Marti-Renom.

Proporcionada por. Center for Genomic Regulation.

Referencia de la Revista:

1. Kim, I.V., Navarrete, C., Grau-Bové, X. et al. Chromatin loops are an ancestral hallmark of the animal regulatory genome. Nature, 2025 DOI: 10.1038/s41586-025-08960-w

Citar esta página:

Center for Genomic Regulation. "Comb jellies reveal ancient origins of animal genome regulation." ScienceDaily. ScienceDaily, 7 May 2025. <www.sciencedaily.com/releases/2025/05/250507125840.htm>.