ADN Humano y Del Chimpanc

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    11-Oct-2015

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Diferencias entre ADN humano y del chimpancDesde que en 2001 se finaliz la secuenciacin del genoma humano hemos ido de sorpresa en sorpresa, dado que muchos de los nuevos datos no han concordado con ciertas ideas que tenamos sobre nuestra dotacin gentica y las diferencias de sta con otros seres vivos. Primero fue el pequeo nmero de genes que compone nuestro genoma (entre 25.000 y 30.000), que representa nicamente el doble de los que posee la mosca del vinagreDrosophila melanogastery tan solo 2.000 a 5.000 ms queArabidopsis thaliana, la primera planta secuenciada y aproximadamente los mismos que el ratn comn (Musmusculus).Adems, no es nicamente el reducido nmero de genes lo que nos asemeja ms de lo que pensbamos a gusanos y ratones, sino que las diferencias entre nuestros genomas son muchsimo ms pequeas de lo que creamos. Un organismo tan diferente como la levadura Saccharomyces cerevisiaecomparte con nosotros el 50% de su genoma, y con la mosca del vinagre mencionada anteriormente, compartimos el 60% de nuestros genes.Lgicamente, al comparar con parientes ms prximos, las similitudes son impresionantes. El chimpanc, cuyo genoma se secuenci completamente en 2005, puede compararse con el nuestro de forma literal en un 96% de su extensin, y de ella, el 99% de sus genes son idnticos a los nuestros. Dicho de otra forma, de los 3.000 millones de pares de bases de forman nuestros genes, 2.970 millones son idnticas en el chimpanc, y nicamente 30 millones de pares de bases han sufrido cambios desde que nuestros dos linajes se separaron, hace ahora unos 6 millones de aos. Estamos hablando de que chimpancs y humanos nicamente se diferencian en unos 200 300 genes.Estos descubrimientos han llevado a replantearnos la forma en la que los genes producen la variedad especfica. Tradicionalmente se pensaba que la consecuencia de un nico cambio en una base nitrogenada era muy pequeo, y que solo la acumulacin de gran nmero de estos cambios poda originar macroespeciacin. Sin embargo, estos resultados contradicen esta visin extremadamente gradualista. Las extensas diferencias entre especies no se deben tanto al nmero de genes que difieren entre ellas como a la accin de unos pocos genes que organizan el desarrollo del individuo.Cambiando a diferente velocidadNo todas las regiones genmicas reflejan la misma velocidad en los cambios de bases nitrogenadas. Si las mutaciones no son ni beneficiosas ni dainas, se acumulan a una tasa uniforme que sirve para calcular el tiempo de divergencia entre dos especies. Por el contrario, si una regin cambia de forma ms rpida, es sntoma de que ha sido seleccionada de forma positiva, dado que la accin beneficiosa de la mutacin aporta mayor probabilidad de ser transmitida a la siguiente generacin.Trabajando con estas zonas aceleradas del genoma, K.S. Pollard, de la Universidad de California en San Francisco, ha encontrado una regin de 118 bases a la que ha denominado regin acelerada humana1 (HAR1), comprobando que forma parte de un gen implicado en el desarrollo del cerebro.Comparando la regin HAR1 de varias especies de vertebrados, se ha comprobado que haba evolucionado muy lentamente antes de la separacin delHomo sapiens. De hecho, entre el gallo y el chimpanc, solamente difieren dos de las 118 bases, mientras que entre humanos y chimpancs se encuentran 18 diferencias en un tiempo mucho menor (los linajes de los dos primeros divergieron hace unos 300 millones de aos y el de los segundos hace tan solo 6 millones de aos).Pocos cambios, mucho efectoPosteriormente se ha descubierto que HAR1 interviene en el proceso de repliegue de la parte ms externa de la corteza cerebral, por lo que desempea un papel crucial en la caracterizacin del cerebro humano. En realidad, HAR1 forma parte de dos genes solapados, y aunque an no sabemos cmo afecta exactamente al desarrollo de la corteza cerebral, se ha comprobado experimentalmente que HAR1 no codifica para ninguna protena, sino exclusivamente para ARN.

Cambios entre chimpancs y gallos y entre humanos y chimpancs en la regin HAR1 (Redibujado de Pollard, 2009)HAR1 representa as un excelente y prometedor ejemplo de cmo unos pocos cambios moleculares pueden traducirse en unas diferencias cualitativamente considerables, especialmente interesantes al tratarse precisamente de la peculiar inteligencia humana. Otras secuencias aceleradas pueden estar implicadas en la formacin de nuestra especie, como FOXP2 que facilita la formacin de sonidos vocales, ASPM que controla el tamao del cerebro o HAR2 que dirige la actividad gnica de la mueca y el pulgar durante el desarrollo.El 7 de septiembre pasado, la Revista Americana de Gentica Humana public un artculo cuyos resultados han arrojado a la luz un factor muy importante en relacin a las grandes diferencias entre especies muy cercanas, como el caso del hombre y el chimpanc: las modificaciones epigenticas.

El 98% del genoma del chimpanc es idntico al del humano. Pese a este gran parecido genmico, las diferencias observables entre ambas especies son muchas (forma, comportamiento, desarrollo de enfermedades, etc.), y difcilmente podran ser explicadas slo por un pequeo grupo de genes propios de cada especie.

Desde hace algunos aos se ha demostrado que existen caractersticas en los organismos cuya expresin se ve altamente influenciada por el medio ambiente. Por ejemplo, los gemelos idnticos pueden, con el paso del tiempo, presentar divergencias fisiolgicas, psicolgicas y de salud, pese a tener la misma informacin gentica. Estas discrepancias no se deben entonces, a los genes del individuo, sino a procesos bioqumicos que regulan la actividad y expresin de los genes y que responden a la influencia del ambiente. Estos procesos forman una segunda capa de informacin relacionada con el ADN y se conocen como procesos epigenticos

Una de stas modificaciones epigenticas es la metilacin del ADN, que es un marcaje molecular en las bases que conforman ciertos genes, resultando en un cambio en la expresin, pero no en la informacin gentica. Al equipo de trabajo del artculo en cuestin le interes investigar qu diferencias existan en el grado de metilacin del ADN entre especies muy cercanas, y si dichas diferencias contribuan a los fenotipos de cada especie. En su trabajo, los investigadores examinaron el patrn de metilacin del ADN en el crtex prefrontal de chimpancs y humanos, encontrando que el grado y patrn de estos marcajes difieren entre individuos de la misma especie de acuerdo a la edad y al sexo. Encontraron tambin una divergencia extensiva a nivel de especie en los patrones de metilacin, y que cientos de genes exhiban niveles significativamente bajos de metilacin en el cerebro humano respecto al del chimpanc, la mayora de ellos son promotores involucrados en la unin de las protenas y procesos metablicos celulares. Al analizar la consecuencia de este fenmeno en la funcin celular, encontraron una fuerte relacin entre la metilacin diferencial y la expresin gentica (o sea que a pesar de tener los mismo genes, humanos y chimpancs los expresan de manera diferente). Entre los genes que presentan diferencias en la metilacin entre ambas especies, encontraron varios ligados al autismo, defectos en el tubo neural, dependencia al alcohol y otras drogas, as como en el desarrollo de cncer (esto puede explicar por qu en el ser humano tiende a desarrollar enfermedades que casi no vemos en el chimpanc, como el cncer).

Estos resultados demuestran que la metilacin diferencial del DNA puede ser un mecanismo molecular importante que modula la divergencia entre los cerebros de humanos y chimpancs, y que puede contribuir potencialmente en la evolucin de vulnerabilidades hacia ciertas enfermedades.Los hombres y los primates son cualitativamente diferentes

Hay que destacar que las regiones del genoma duplicadas identificadas, constituyen novedades evolutivas cualitativamente diferentes. Las diferencias con que se haba trabajado hasta el momento eran cambios (mutaciones) en las secuencias de ADN que codificaban para genes que compartimos todos los primates. Se trataba de cambios equivalentes al tenerediciones diferentes del mismo libro.

Las diferenciasestudiadaspor los investigadores del IBE son diferencias radicales en la biblioteca de cada especie: son colecciones completas de libros que unos organismos tienen y otros no.Son diferencias nicas para cada especie.

Lasduplicaciones segmntalesson fragmentos del genoma, de miles a millones de nucletidos de longitud, que debido a mecanismos moleculares muy complejos, se han duplicado. Es decir, en determinados momentos de la evolucin, se hicieronmltiples copiasque se fueron insertando en diversos lugares del genoma. Como las duplicaciones pueden ser muy grandes, contienen muchas vecesgenes completos. Las copias de estos genes, que en principio son idnticas, pueden irespecializndose(a base de adquirir pequeas mutaciones) hasta convertirse en completamente diferentes los unos de los otros.

Es as como segeneran la mayora de genes nicosde una especie concreta: por duplicacin y posterior especializacin. Todos estos genes nuevos pueden realizar funciones nuevas que, naturalmente, sern exclusivas de la especie que los tiene.Toms MarqusyArcadi Navarrohan manifestado que "sabemos tambin que las duplicaciones predisponen el genoma a reorganizarse, a tener grandes cambios estructurales (como quien hace construcciones diferentes con las mismas piezas de un Lego), y eso puede derivar en ciertasenfermedades(como el autismo, la esquizofrenia o el retraso mental). La duplicacin de genes no es sinnimo de anomala, sino devariaciny denovedad. Novedades que, segn cmo, pueden ser favorecidas por la seleccin natural o pueden resultar patolgicas".

Una especializacin que empez hace seis millones de aosOtro aspecto importante de la investigacin es que ha conseguido fechar la poca en la que hubo ms duplicaciones.

Eso fue hace 8 o 12 millones de aos, justo antes de la separacin de los linajes de los humanosychimpancs(que sucedi hace unos seis millones de aos), lo cual implica que todos estos genes que acababan de aparecer, han ido adquiriendo caractersticas nuevas a lo largo de los seis millones de aos que llevan separados evolutivamente hombres y chimpancs.Los investigadores han afirmado que "es quizs gracias a estos tipos radical de mutacin que los humanos conseguimos adaptarnos a nuestro entorno. Quizs es en este inmenso ocano de diferencias donde hay que buscar los 'genes de humanidad' o los genes que dan lugar a determinadas enfermedades propias de nuestra especie. Todava no lo sabemos, pero estamos trabajando".Lalnea de investigacinque se abre a partir de este relevante trabajo es averiguar cules son las regiones del genoma que difieren entre individuos diferentes dentro de la misma especie y estudiar con detalle algunos casos concretos.

En este grfico se muestra cmo los genomas de humanos, chimpancs y gorilas difieren ms de lo que se pensaba. En este ejemplo, podemos ver el caso extremo de una duplicacin que se ha expandido (ha incrementado al nmero de copias) en los genomas del chimpanc y el gorila, mientras que se ha mantenido estable en el genoma humano, donde est representada por una nica copia. Lasflechas verdesy laredondamarcan la posicin de la copia ancestral. Lasflechas rojasindican dnde estn las nuevas copias creadas en los genomas del chimpanc y el gorila.Referencias:Pollard, K.S. 2009. Que nos hace humanos? Investigacin y Ciencia, 394: 24-29.Blog de informacin de Ciber gentica, publicado el 21 de septiembre del 2012: http://ciber-genetica.blogspot.mx/2012/09/hombres-y-chimpances-mas-que-una.htmlSitio de la Universidad Pompeu Fraga en Barcelona, publicado el 17 de febrero del 2009: http://www.upf.edu/enoticies/es/0809/0217.html