El factor similar a Krüppel y los genes de la proteína de especificidad KLF / SP se encuentran en muchas especies, desde organismos unicelulares hasta humanos. Esta familia de genes se ha conservado durante la evolución, porque desempeña un papel vital en la regulación de la expresión deotros genes. La comprensión de la historia evolutiva de la familia de genes KLF / SP puede arrojar luz sobre los principales eventos en la evolución animal y quizás ayudar a discernir algunos de los mecanismos moleculares asociados con ciertas enfermedades humanas, incluidos muchos tipos de cáncer.
Al examinar de cerca los genomas de 48 especies, los biólogos de la Facultad de Artes y Ciencias de la Universidad de Miami UM han revelado el momento y los mecanismos subyacentes a la expansión y diversificación de la familia de genes KLF / SP, que se sabe que regulanmantenimiento de células madre. Su estudio muestra que, si bien el origen de la familia de genes KLF / SP es anterior a los orígenes de los animales hace más de 600 millones de años, la expansión de la familia de genes y el aumento de la diversidad de tipos de células en los animales ocurrieron simultáneamente.
"Nuestro estudio pinta una imagen de la naturaleza innovando en gran medida a través del intercambio de fragmentos funcionales de genes, jugando con el material genético molecular que ya existe", dijo William E. Browne, profesor asistente de biología en la Facultad de Artes y Ciencias de la UM y directorinvestigador del estudio.
Los genes KLF / SP, como otros genes codificadores de proteínas, contienen códigos para combinaciones específicas de segmentos de proteínas llamados dominios. Para explicar la relación entre genes y dominios que codifican, Browne compara un gen con una oración y los dominios con las palabrasla oración contiene.
"Un gen la oración generalmente realiza múltiples funciones y, a menudo, cada una de esas funciones puede asociarse con un dominio discreto una palabra", dijo Browne. "Por lo general, un gen lleva a cabo una serie de funciones basadas en la combinación ydisposición de los dominios discretos que codifica ", dijo." Es esta colección de dominios, que corresponde a funciones que definen la 'actividad' o función de un gen dentro de una célula ".
El análisis revela que los mecanismos principales para la expansión y diversificación de la familia de genes KLF / SP, durante la evolución de los animales, ocurrieron como una intersección compleja de la combinación de dominios donde los segmentos de un gen que codifican dominios específicos se barajan entre genes duranteevolución, la duplicación de genes el proceso mediante el cual se duplica un gen completo y la evolución del dominio de novo la aparición de secuencias de genes con nuevos dominios funcionales de proteínas.
Este enfoque centrado en el dominio es uno de los aspectos únicos del estudio actual.
"Al identificar las trayectorias evolutivas independientes de cada dominio, pudimos demostrar que la diversificación de la familia de genes KLF / SP estuvo acompañada por la adquisición de dominios adicionales de interacción proteína-proteína", dijo Jason S. Presnell, Biology Ph.D. estudiante de la Facultad de Artes y Ciencias de la UM y primer autor del estudio: "La mayoría de estos dominios ya estaban presentes en otros genes y probablemente fueron adquiridos por los genes KLF / SP mediante recombinación".
los genes KLF / SP pertenecen a una clase importante de genes, llamados factores de transcripción, que activan o desactivan la expresión de otros genes. Los resultados muestran un claro aumento en los dominios represores dominios que desactivan la expresión de otros genes a medida que la familia de genes KLF / SP se ha expandido. Esta expansión refleja aumentos en la diversidad de tipos celulares entre animales y demuestra que la transición de la vida unicelular a la vida multicelular se produjo en gran medida por "retoques" con los genes existentes.
"Esto es interesante porque respalda la idea de que la aparición de nuevos tipos de células en un linaje de organismos a medida que evolucionan puede ser, más comúnmente, una consecuencia de la desactivación de genes en combinaciones temporales y espaciales únicas", dijo Browne."Se requieren grandes cantidades de tipos de células únicas para apoyar el desarrollo de tejidos y órganos complejos".
Para el estudio, los investigadores analizaron 48 genomas diferentes que van desde plantas; organismos unicelulares que incluyen mohos de limo, hongos y coanoflagelados; animales multicelulares de ramificación temprana que incluyen ctenóforos, esponjas y medusas; invertebrados que incluyen insectos y erizos de mar; a vertebradoscomo tiburones, peces y mamíferos, incluidos los humanos.
"Este fue el primer estudio en examinar la historia evolutiva de la familia de genes KLF / SP en una escala tan amplia", dijo Presnell. "Esperamos que nuestros experimentos continuos ayuden a iluminar las funciones ancestrales de estos genes importantes y proporcionenalguna idea de la transición crítica de la vida unicelular a la multicelularidad animal ".
El estudio titulado "Evolución familiar del factor de transcripción KLF / SP: expansión, diversificación e innovación en eucariotas" se publica en la revista Biología y evolución del genoma . Christine E. Schnitzler del Instituto Nacional de Investigación Humana, Institutos Nacionales de Salud, es coautora del estudio. Los investigadores ahora están desarrollando estrategias para evaluar la función de estos genes en la gelatina de peine Mnemiopsis leidyi, un modelo importantesistema para explorar la evolución temprana de los animales.
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Materiales proporcionados por Universidad de Miami . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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