La vida depende de la activación y desactivación de genes en un momento específico. Esto ocurre incluso en los seres vivos más simples, pero generalmente en distancias cortas a través del Secuencia de ADNcon el interruptor de encendido o apagado colocado justo al lado de un gen. Este tipo de regulación genómica es básica y probablemente tan antigua como la vida en la tierra.
Un nuevo estudio publicado hoy en Naturaleza Por un equipo del Centro de Regulación Genómica (CRG) y el Centro Nacional de Análisis Genómico (CNAG), ambos en Barcelona, han descubierto que la capacidad de controlar los genes desde más lejos, a través de muchas decenas de miles de letras de ADN, evolucionadas Entre 650 y 700 millones de años. Probablemente apareció al comienzo de la evolución de los animales, unos 150 millones de años antes de lo que se creía.
El control genético de larga distancia, o la regulación distal, se basa en el plegamiento físico de ADN y proteínas en bucles sofisticados. Esto permite que las regiones fuera del punto de partida de un gen activen su función. Es una capa de control adicional que probablemente ayudó a los primeros animales multicelulares a construir tipos de células y tejidos especializados sin tener que inventar nuevos genes.
El comienzo de la regulación genómica
Es probable que la innovación crítica se originara en una criatura marina, en el antepasado de todos los animales existentes. El animal desarrolló la capacidad de plegar el ADN de manera controlada, creando bucles en el espacio de tres dimensiones que ponen fragmentos de ADN distinguidos entre sí en un plano de dos dimensiones.
El control genético de larga distancia, o la regulación distal, se basa en el plegamiento físico del ADN y las proteínas de bucle sofisticadas
“Esta criatura podría reutilizar su conjunto de herramientas genéticas de diferentes maneras similares a un Maquinilla de afeitarque le permitiría refinar y explorar estrategias de supervivencia innovador. No esperábamos que esta capa de complejidad fuera tan vieja ”, dice la Dra. Iiana Kim, co -autor del estudio e investigador del Centro de Regulación Genómica (CRG) y el Centro Nacional de Análisis Genómico (CNAG).
El descubrimiento fue posible gracias a la exploración del genomaMnemiopsis Leidyi), Los Pracozoos, los cnidarios y las esponjas. También se estudiaron familiares unicelular No son animales, sino que comparten un antepasado común.
“Puedes descubrir mucha biología nueva viendo criaturas marinas extrañas. Hasta ahora, habíamos estado comparando secuencias genómicas, pero gracias a Nuevos métodos Ahora podemos analizar qué mecanismos de regulación génica controlan la función del genoma en todas las especies ”, explica Arnau Sebe PedrósMain Co -Author del grupo y Líder del Grupo.
El análisis mostró que el Peine Medusa tenía más de cuatro mil bucles en todo el genoma.
El equipo utilizó una técnica microc-C para mapear cómo el ADN se pliega físicamente dentro de las células de cada una de las 11 especies diferentes que estudiaron. En una escala, cada núcleo de células humanas contiene aproximadamente dos metros de ADN. Examinaron 10 mil millones de datos de secuenciación para construir el mapa del genoma 3D de cada especie en detalle.
Si bien no hubo evidencia de regulación distal en los parientes unicelulares de los animales, los animales sin hechos, como peine peines, placa y cnidarios, tenían muchos bucles. Mnemiopsis Leidyi Tuvo más de cuatro mil bucles en todo el genoma.
El hallazgo es sorprendente ya que su genoma tiene alrededor de 200 millones de cartas de ADN. En comparación, el Genoma humano Tiene 3 100 millones de cartas y nuestras celdas pueden tener decenas de miles de bucles.
-Un cambio paradigmático
Hasta ahora, se pensaba que la regulación distal había aparecido por primera vez en el último antepasado común de animales bilaterales, un grupo de muchos tipos diferentes de animales que aparecieron por primera vez en la tierra hace unos 500 millones de años.
Sin embargo, las medusas de combate descienden de las formas de vida que divergieron los primeros animales de animales hace unos 650 o 700 millones de años. Que el peine de medusas es más viejo Que las esponjas en el árbol de la vida siguen siendo un debate en los círculos de la biología evolutiva, pero el estudio muestra que la regulación distal surgió al menos cincuenta millones de años antes de lo que se creía.
Que los peines son más antiguos que las esponjas en el árbol de la vida siguen siendo un debate en los círculos de biología evolutiva
La investigación hizo otro descubrimiento sorprendente. Muchos animales son vertebrados. En sus células, los bucles están controlados por CTCFUna proteína arquitectónica que define los límites y comparte los genes en diferentes vecindarios locales. Es una unidad fundamental de arquitectura genómica en mamíferos, aves, reptiles, anfibios y peces.
Sin embargo, los genomas de los animales no bilaterales no codifican ninguna proteína equivalente a CTCF. En cambio, los autores descubrieron que los peines usan un Diferentes proteínas arquitectónicas que pertenece a la misma familia estructural. El descubrimiento rompe la suposición de que la regulación genómica distal avanzada requiere CTCF.
Ahora sabemos que se pueden usar dos proteínas diferentes para unir las piezas de ADN distales en el espacio formando un bucle
Marc A. Marti-Renom (CRG y CNAG)
“Es impresionante que el mismo problema se haya resuelto con diferentes herramientas. Gracias a este trabajo, ahora sabemos que se pueden usar dos proteínas diferentes para unir las piezas de ADN distales en el espacio formando un bucle. ¿No es la evolución maravillosa?” Él dice Marc A. Marti-RenomProfesor de Investigación y Jefe de Grupo del CNAG y el CRG.
Posibles aplicaciones
Al igual que las esponjas y el peine de medusas, los humanos también están hechos de los mismos componentes básicos de ADN. Hoy, nuestros cuerpos dependen de la antigua innovación de la regulación distal para ayudar a crear diferentes tipos de células desde el mismo ADN, produciendo todo, desde células cerebrales hasta células inmunes. Cuando estos contactos no funcionan, pueden surgir enfermedades.
El análisis de la regulación distal en organismos antiguos revela el origen de la regulación genómica y proporciona claves sobre la operación y fallas del sistema celular, con posibles aplicaciones médicas
Alabama Rastrear la regulación Distal a los animales que vivieron hace muchos cientos de millones de años, puede comenzar a reconstruir cómo tomaron forma las primeras versiones de la regulación genómica, proporcionando nuevas pistas sobre el principios fundamentales que rigen nuestras células y cuerpos hoy. Esto puede ayudarnos a comprender en qué puntos el sistema es sólido y dónde es propenso a fallar, lo que podría guiar nuevos conocimientos o terapias médicas.
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