Descubren la región reguladora de ADN más antigua en vertebrados e invertebrados

¿Cómo se pueden expresar los genes de un organismo para originar tipos celulares tan diferentes? Regular la expresión génica es un proceso clave para activar genes de manera específica, y este proceso es el resultado de un delicado equilibrio de la maquinaria genética de la célula. Un primer nivel de control está representado por unas pequeñas secuencias de ADN, próximas a los genes, que actúan como regiones reguladoras de la expresión génica.

El estudio, realizado por Jordi García-Fernández, Ignacio Maeso, Manuel Irimia y Salvatore D’Aniello del del Departamento de Genética y del Instituto de Biomedicina de la Universidad de Barcelona (IBUB), junto con otros autores de los equipos de José Luis Gómez-Skarmeta (Centro Andaluz de Biología del Desarrollo, CSIC) y de Eric H. Davidson (Instituto Tecnológico de California, EE UU), se ha realizado con especies muy alejadas filogenéticamente, en las que se ha identificado esta secuencia reguladora ancestral.

La investigación publicada en PNAS identifica esta región en vertebrados (la especie humana y el pez cebra) y en invertebrados (cnidarios, equinodermos, cefalocordados y hemicordados). Uno de los pilares básicos del nuevo artículo es el trabajo científico de secuenciación del genoma del anfioxo (Nature, 2008), una primicia científica de renombre internacional en la que participó el equipo de la UB.

En concreto, el estudio de las secuencias no codificadoras del anfioxo aporta datos de referencia para conocer la evolución biológica de los tres grupos de cordados (tunicados, anfioxos y vertebrados), la transición entre invertebrados y vertebrados, y el origen del genoma humano.

Trabajo pionero

Según explica García-Fernández, "el estudio identifica por primera vez una región reguladora no codificadora, que se ha conservado excepcionalmente en la escala evolutiva desde hace más de 1.000 millones de años, y que mantiene la actividad en el control de la neurogénesis a lo largo la escala evolutiva de los metazoos".

La secuencia es un pequeño fragmento de ADN con una estructura espacial que facilita la unión de los factores de transcripción en un orden concreto (o sintagmas), actuando como un regulador cis de la expresión de los genes soxB2, una familia génica que participa en el control del desarrollo del sistema nervioso. Este pequeño fragmento de ADN presenta una homología excepcional y una funcionalidad altamente conservada en genomas de vertebrados e invertebrados.

"Un resultado sorprendente del estudio ha sido identificar, en organismos tan divergentes, una secuencia génica altamente conservada desde hace millones de años, y con un patrón de funcionalidad biológica igualmente conservado", señala García-Fernández. "También son espectaculares los resultados encontrados en el modelo de la Drosophila melanogaster. Aunque, hasta ahora, esta región no codificadora no ha sido identificada en su genoma, hemos comprobado que, una vez insertada, es capaz de dirigir la maquinaria de regulación génica en el desarrollo del cerebro y del lóbulo óptico".

Genes: más funciones, más complejidad

Los resultados muestran un fenómeno cada vez más relevante en la evolución: la coopción de genes. "La complejidad en los seres vivos no se produjo únicamente por la aparición de nuevos genes. Un gen se puede cooptar, es decir, puede emplearse para una nueva función y, en muchos casos, este fenómeno ha podido dar lugar a innovaciones evolutivas. Antes se pensaba que los organismos más complejos lo eran porque tenían más genes, pero no es así: son complejos porque los mismos genes se han cooptado para adquirir nuevas funciones", subraya el investigador de la UB.

Muchas alteraciones genómicas asociadas a enfermedades humanas se ubican en regiones no codificadoras del genoma. Uno de los grandes retos de la genómica comparada será detectar mutaciones en zonas reguladoras que son clave en el control de la expresión génica. "Tradicionalmente, la genética se ha fijado en el estudio de las regiones codificadoras, pero cerca del 97 % del genoma no codifica para obtener proteínas. Como la evolución se ha producido sobre todo por cambios en las zonas reguladoras, el estudio de las regiones del genoma con un papel regulador tendrá cada vez más impacto", concluye.