De la misma manera que las piezas de Lego se pueden organizar de nuevas formas para construir una variedad de estructuras, los elementos genéticos se pueden mezclar y combinar para crear nuevos genes, según una nueva investigación.
Un mecanismo propuesto desde hace mucho tiempo para crear genes, denominado mezcla de exones, funciona mezclando bloques funcionales de secuencias de ADN en nuevos genes que expresan proteínas.
Un estudio, "Evolución recurrente de factores de transcripción de vertebrados por captura de transposasa", publicado el 19 de febrero en ciencia , investiga cómo los elementos genéticos llamados transposones, o "genes saltarines", se agregan a la mezcla durante la evolución para ensamblar nuevos genes mediante la mezcla de exones.
Los transposones, descubiertos por primera vez en la década de 1940 por la alumna de Cornell y ganadora del premio Nobel Barbara McClintock '23, MA '25, Ph.D. '27, son componentes abundantes de los genomas, constituyen la mitad del ADN humano, ytienen la capacidad de saltar y replicarse egoístamente en el genoma. Algunos transposones contienen sus propios genes que codifican enzimas llamadas proteínas transposasas, que cortan y pegan material genético de una ubicación cromosómica a otra.
El estudio, que se centró en los tetrápodos vertebrados de cuatro extremidades, es importante porque muestra que los transposones representan una fuerza importante en la creación de nuevos genes durante la evolución. El trabajo también explica cómo nacieron los genes críticos para el desarrollo humano.
"Creemos que es muy probable que este mecanismo pueda extenderse más allá de los vertebrados y podría ser más un mecanismo fundamental que ocurre también en no vertebrados", dijo la primera autora Rachel Cosby, Ph.D. '19, investigadora postdoctoral en elInstitutos Nacionales de Salud. Cosby es un ex estudiante de posgrado en el laboratorio del autor principal Cedric Feschotte, profesor en el Departamento de Biología Molecular y Genética de la Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida.
"Estás colocando los ladrillos de una manera diferente y construyes algo completamente nuevo", dijo Feschotte. "Estamos analizando la cuestión de cómo nacen los genes. La originalidad es que estamos analizando el papel de los transposonesen la creación de proteínas con una función novedosa en la evolución ".
En el estudio, los investigadores primero extrajeron las bases de datos existentes para los genomas de tetrápodos, porque los genomas de más de 500 especies se han secuenciado completamente. Cosby y sus colegas buscaron combinaciones de secuencias de ADN que se sabe que son características de transposones fusionados con secuencias del huésped para encontrarbuenos candidatos para el estudio. Luego eligieron genes que evolucionaron relativamente recientemente, hace decenas de millones de años, para poder rastrear la historia del desarrollo del gen a través del árbol de la vida de los vertebrados.
Aunque los genes fusionados con estas transposasas son relativamente raros, los investigadores los encontraron en todo el árbol de la vida de los vertebrados. Los investigadores identificaron más de 100 genes distintos fusionados con transposasas nacidas en los últimos 350 millones de años a lo largo de diferentes linajes de especies, incluidos genes enaves, reptiles, ranas, murciélagos y koalas, y un total de 44 genes nacidos de esta manera en el genoma humano.
Cosby y sus colegas seleccionaron cuatro genes de evolución reciente y realizaron una amplia gama de experimentos en cultivo celular para comprender sus funciones. Encontraron que las proteínas derivadas de estos genes pueden unirse a secuencias de ADN específicas y desactivar la expresión génica. Estos genes sonconocidos como factores de transcripción y actúan como genes reguladores maestros para el desarrollo y la fisiología básica. Uno de esos genes, el PAX6, está bien estudiado, desempeña un papel clave como regulador maestro en la formación de ojos en todos los animales y está altamente conservado a lo largo de la evolución.
"Si pones un gen PAX6 de un ratón en una Drosophila [mosca de la fruta], funciona", dijo Feschotte. Aunque otros han propuesto antes que PAX6 se deriva de una fusión de transposasa, los investigadores de este estudio validaron aún más la hipótesis.
Cosby y sus colegas aislaron uno de estos genes recientemente evolucionados en murciélagos, llamado KRABINER, y luego utilizaron la tecnología de edición de genes CRISPR para eliminarlo del genoma del murciélago y ver qué genes estaban afectados, antes de volver a agregarlo. El experimento reveló quecuando se eliminó KRABINER, cientos de genes se desregularon, y cuando lo restauraron, el funcionamiento normal volvió. La proteína expresada por el gen KRABINER se unió a otros transposones relacionados en el genoma del murciélago, dijo Cosby.
"El experimento reveló que controla una gran red de otros genes conectados a través de la dispersión pasada de transposones relacionados en todo el genoma del murciélago, creando no solo un gen, sino lo que se conoce como una red reguladora de genes", dijo Feschotte.
Los miembros actuales y anteriores del laboratorio de Feschotte Julius Judd, Ruiling Zhang '20, Alan Zhong '19, Nathaniel Garry '21 y la colaboradora Ellen Pritham son coautores del artículo.
El estudio fue financiado por los Institutos Nacionales de Salud.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Cornell . Original escrito por Krishna Ramanujan. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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