Las medusas peine han revelado el origen primitivo de la regulación genómica de los animales, según indica un estudio realizado por un equipo del Centro de Regulación Genómica (CRG) y del Centro Nacional de Análisis Genómico (CNAG), en España.
Este estudio, publicado en la revista Nature, indica que la capacidad de controlar genes distanciados, a través de muchas decenas de miles de letras de ADN, evolucionó hace entre 650 y 700 millones de años, y probablemente apareció en los inicios de la evolución de los animales, unos 150 millones de años antes de lo que se creía.
La vida depende de la activación y la desactivación de los genes en un momento específico, y la regulación genómica distal permite que regiones alejadas del punto de partida de un gen activen su función, a través de una capa adicional de control.
Dicha capa probablemente ayudó a los primeros animales multicelulares a construir tipos de células y tejidos especializados sin tener que inventar nuevos genes, explican los autores del estudio.
El genoma de las medusas peine “nuez de mar”
El descubrimiento ha sido posible gracias a la exploración de los genomas de muchas de las ramas más antiguas del árbol genealógico de los animales, incluidas las medusas peine como la “nuez de mar” (Mnemiopsis leidyi), los placozoos, los cnidarios y las esponjas.
La regulación genómica ocurre incluso en los seres vivos más simples, pero generalmente en distancias cortas a través de la secuencia de ADN, con el interruptor de encendido o apagado colocado justo al lado de un gen.
Este tipo de regulación genómica es básico y probablemente tan antiguo como la vida en la Tierra, sostienen los investigadores.
El plegamiento físico del ADN y las proteínas en bucles
Precisan, asimismo, que el control genético a larga distancia, o regulación distal, se basa en el plegamiento físico del ADN y las proteínas en bucles sofisticados, y esto permite que regiones alejadas del punto de partida de un gen activen su función.
Consideran “probable”, en este sentido, que “la innovación crítica se originara en una criatura marina, en el ancestro común de todos los animales existentes”.
Dicho animal desarrolló la capacidad de plegar el ADN de manera controlada, creando bucles en el espacio tridimensional que ponían en contacto directo fragmentos de ADN lejanos entre sí en un plano bidimensional.
La doctora Iana Kim, coautora del estudio e investigadora del Centro de Regulación Genómica (CRG) y del Centro Nacional de Análisis Genómico (CNAG), admite que no esperaba que “esta capa de complejidad fuera tan antigua”.
La observación de extrañas criaturas marinas
El descubrimiento fue posible mediante la exploración de los genomas de muchos animales y también se estudiaron parientes unicelulares que no son animales, pero que comparten un ancestro común.
“Se puede descubrir una gran cantidad de biología nueva observando extrañas criaturas marinas”, asegura la doctora Iana Kim.
El coautor del estudio y profesor del ICREA (Institución Catalana de Investigación y Estudios Avanzados), Arnau Sebe Pedrós, explica que anteriormente comparaban secuencias genómicas pero que, gracias a nuevos métodos ahora se puede analizar “qué mecanismos de regulación génica controlan la función del genoma en todas las especies”.
El equipo utilizó una técnica llamada Micro-C para mapear cómo el ADN se pliega físicamente dentro de las células de cada una de las 11 especies diferentes que estudiaron.
10.000 millones de datos de secuenciación
A escala, cada núcleo de célula humana contiene unos dos metros de ADN, y los investigadores examinaron 10.000 millones de datos de secuenciación para construir el mapa del genoma en 3D de cada especie en detalle de las estudiadas.
Si bien no hubo evidencia de regulación distal en los parientes unicelulares de los animales, los animales no bilaterales, como las medusas peine, los placozoos y los cnidarios, tenían muchos bucles.
En concreto, las medusas peine, Mnemiopsis Leidyi, tenían más de cuatro mil bucles en todo el genoma, un hallazgo sorprendente dado que su genoma tiene alrededor de 200 millones de letras de ADN.
En comparación, el genoma humano tiene 3.100 millones de letras y nuestras células pueden tener decenas de miles de bucles.
