Hace aproximadamente 25 millones de años, los antepasados de los humanos y los simios se separaron genéticamente de los monos y perdieron la cola. Hasta ahora nadie había identificado la mutación genética responsable de este dramático cambio en nuestra fisiología.
En un nuevo estudio publicado el miércoles (28 de febrero) en la revista la naturaleza, los investigadores han identificado una mutación única del ADN que provocó que nuestros antepasados perdieran la cola. Se encuentra en el gen TBXT, que se sabe que está implicado en la longitud de la cola de los ungulados.
El impresionante descubrimiento comenzó con el primer autor del estudio. bo xiaEx estudiante de posgrado en la Universidad de Nueva York y ahora investigador principal del Broad Institute, se lesionó el coxis y se interesó por el origen de la estructura.
«Bo fue realmente un genio porque vio lo que miles de personas deberían haber visto antes, pero vio algo diferente», dijo. itai yanaies el director científico de los Laboratorios de Bioinformática Aplicada de NYU Langone Health y autor principal del estudio.
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Genes saltarines y «materia oscura»
Durante millones de años, los cambios en el ADN permiten que los animales evolucionen. Algunos cambios involucran un solo peldaño en la retorcida escalera del ADN, mientras que otros son más complejos.
se llama elementos de aluminio Son secuencias repetitivas de ADN que pueden producir bits. ARN, un primo molecular del ADN, que puede volver a convertirse en ADN y luego insertarse aleatoriamente en el genoma. Estos «elementos transponibles» o genes saltarines pueden alterar o mejorar la función de un gen tras su inserción. Este tipo particular de gen saltador existe sólo en primates y ha impulsado la diversidad genética durante millones de años.
En este último estudio, los investigadores encontraron dos elementos Alu en el gen TBXT que se encuentran en los grandes simios pero no en los monos. Estos elementos no codifican proteínas en la parte del gen (los exones), sino en los intrones. Los intrones que flanquean los exones de las secuencias de ADN se denominan «Materia oscura«Históricamente se suponía que no tenían ninguna función debido al genoma. Se eliminan de la secuencia o se «escinden» antes de que la molécula de ARN se convierta en proteína.
Sin embargo, en este caso, cuando las células utilizan el gen TBXT para producir ARN, la naturaleza repetitiva de las secuencias de Alu hace que se unan. Esta estructura compleja es cortada por una molécula de ARN aún más grande, pero se lleva consigo el exón completo, cambiando así el código final y, en consecuencia, la estructura de la proteína.
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«Hemos realizado otros análisis de otros genes que están implicados en la longitud o la morfología de la cola. Y, por supuesto, hay diferencias, pero es como un rayo», dijo. Jeff Libro, director del Instituto de Genética de Sistemas de NYU Langone Health y autor principal del estudio. «Y es el ADN (intrones) el que está 100% conservado en todos los monos y 100% ausente en todos los monos», dijo a WordsSideKick.com.
En las células humanas, las mismas secuencias de Alu aparecen en el gen TBXT y los investigadores confirmaron que se eliminó el mismo exón. Descubrieron que una molécula de ARN relacionada se puede cortar de diferentes maneras para producir múltiples proteínas a partir de un solo gen. En comparación, los ratones solo producen una versión de la proteína, por lo que tener ambas versiones impidió que se formaran las colas, concluyó el equipo.
Este proceso de producir diferentes proteínas a partir del mismo gen se llama «empalme alternativo» y es una de las razones por las que la fisiología humana es tan compleja. Pero esta es la primera vez que se ha demostrado que los elementos de aluminio provocan empalmes alternativos.
«Se cree que este tipo de mutaciones han tenido efectos limitados en la evolución. Los autores muestran aquí que tal mutación tiene un profundo impacto en nuestra especie», dijo. Kirk LohmüllerEl profesor de Biología Ecológica y Evolutiva y Genética Humana de la Universidad de California en Los Ángeles no participó en el estudio.
«Es emocionante pensar cuántas mutaciones complejas como esta pueden producir rasgos importantes a lo largo de la evolución humana», dijo Lohmuller a WordsSideKick.com en un correo electrónico.
Bipedalismo y defectos de nacimiento
Los investigadores experimentaron añadiendo estos mismos genes saltadores a ratones y descubrieron que los ratones perdían la cola.
En particular, los biólogos evolutivos plantean la hipótesis de que la pérdida de la cola permitió a los humanos volverse bípedos. revisión de 2015. «Somos el único artículo que ha elaborado un escenario plausible de cómo sucedió eso», dijo Yanai a WordsSideKick.com.
«Ahora caminamos sobre dos piernas. Y hemos desarrollado grandes cerebros y tecnología», afirmó. «Todo salta del elemento egoísta al interior de Gene. Me desconcierta».
Curiosamente, los investigadores descubrieron que los ratones que perdieron la cola mostraban una mayor prevalencia de espina bífida, un defecto congénito que afecta el tubo neural, una estructura embrionaria que conduce a la médula espinal y al cerebro. La enfermedad afecta aproximadamente a 1 de cada 1.000 nacimientos humanos, según Centros de Control y Prevención de Enfermedades.
«La deficiencia de TBXT puede ser una especie de consecuencia no deseada de tener una cola más corta… pero es más probable que no se logre un cierre neuronal completo», lo que significa que queda un agujero en el tubo neural, dijo Boecke.
«A raíz de nuestra curiosidad, nadie pensó que perderíamos la cola de un ratón al ponerle la misma mutación… y luego vemos que el ratón tiene un defecto del tubo neural», añadió Yanai.
El descubrimiento de este tipo de empalme alternativo puede influir en todo el campo del análisis genómico en el futuro.
«Creo que muchos de ellos van allí», dijo Boeke sobre estos impresionantes factores de Alu. Por lo tanto, dijo, probablemente existen proteínas empalmadas alternativamente que son la causa fundamental de algún cambio evolutivo en nuestros rasgos.
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