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Los investigadores han descubierto que la lamprea de mar, que evolucionó de peces sin mandíbula hace 500 millones de años, remodela su genoma de manera espectacular. Poco después de que el huevo fertilizado de una lamprea se divide en varias células, el embrión en crecimiento descarta millones de unidades de su ADN

El hallazgo se publicó este mes en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences. El autor principal es Jeramiah Smith, un postdoctorado en Ciencias del Genoma en la Universidad de Washington (UW) que trabaja en el laboratorio del Benaroya Research Institute de Chris Amemiya, quien es también un profesor afiliado de la UW.

Se cree que ésta es la primera observación registrada de que un vertebrado —un animal con columna vertebral— reorganiza ampliamente su genoma como parte normal de su desarrollo. Se ha demostrado que algunas especies de invertebrados, como algunos gusanos redondos, se someten a una amplia remodelación de su genoma. Sin embargo, se cree que la estabilidad es vital en los genomas de los vertebrados para asegurar su funcionamiento normal y altamente preciso. Se creía que en el genoma de los vertebrados sólo se producen ligeras modificaciones para permitir la respuesta inmune, pero no reordenamientos a gran escala.

Smith, Amemiya y su equipo de investigación descubrieron inadvertidamente la dinámica transformación en el genoma de la lamprea de mar, mientras estudiaban los orígenes genéticos de su sistema inmunológico. Los investigadores estaban tratando de deducir la forma en que la lamprea de mar utiliza un mecanismo de «copiar y pegar» para generar diversos receptores que detectan una variedad de patógenos.

Los investigadores se sorprendieron al notar una diferencia entre la estructura del genoma en la línea germinal —las células que se convierten en óvulos y el esperma que los fertiliza— y la estructura del genoma en las células embrionarias resultantes. En el ADN en las primeras células embrionarias había miles de cortes que se asemejaban a los de las células que mueren … pero las células no se estaban muriendo. Las células embrionarias tenían una cantidad considerablemente menor de secuencias de ADN que las células de esperma y sus precursoras.

«La remodelación se inicia en el punto en el que el embrión pasa a sus propios genes y ya no depende de la provisón de ARNm materno», dijo Smith.

La reestructuración no se produce toda de una sola vez, sino que continúa durante mucho tiempo durante el desarrollo embrionario. Les tomó mucho trabajo a los científicos ver qué se perdía y cuando. Aprendieron, entre otras conclusiones, que el genoma remodelado tiene menos repeticiones y secuencias específicos de codificación de genes. También se piensa que las supresiones hechas a lo largo de las hebras del ADN traspasan algunos interruptores de regulación del genoma más cerca de segmentos que previamente estaban distantes.

Los científicos no saben cómo ocurre esto, o por qué. Smith dice que su hipótesis favorita, todavía no demostrada, es que el material genético adicional podría desempeñar un papel en la proliferación de las células precursoras de esperma y huevos, y en el desarrollo embrionario temprano. El material genético podría ser descartado luego, o bien cuando éste ya no es necesario o bien para prevenir un crecimiento anormal.

La alteración de la estructura del genoma de la lamprea de mar y de invertebrados parece estar regulada estrictamente, según Smith, sin embargo el resultado de cambios estructurales parecen ser casi como los errores del ADN que dan lugar a tipos de cáncer u otros trastornos genómicos en animales superiores.
Aprendiendo cómo está regulado el reordenamiento del ADN de la lamprea de mar durante el desarrollo podría proporcionar información sobre qué estabiliza o qué cambia el genoma, dijo, así como qué papel tiene la reestructuración en ayudar a formar los diferentes tipos de células del organismo, como aletas, músculos o hígado.

Si el 20 por ciento de su genoma desaparece, ¿cómo pasan las lampreas de mar de la totalidad de sus genes a su descendencia?

«La línea germinal —las células precursoras de esperma y huevos— es un linaje continuo a través del tiempo», explica Smith. «Las células precursoras de esperma y el huevo son apartadas al principio del desarrollo de la lamprea. El genoma de esta población de células nunca debe cambiar». Se supone que el material genético sólo se pierde en las primeras células embrionarias destinadas a convertirse en partes del cuerpo y no en las células que dan lugar a la próxima generación. Los investigadores han estado buscando las células madre primordiales del esperma y los óvulos ocultas en la lamprea, pero son difíciles de encontrar.

Los investigadores todavía no saben cómo guía el genoma de la lamprea de mar la transformación que se produce durante su vida. Las lampreas de mar tienen una larga vida juvenil como larvas en agua dulce, donde se alimentan por su cuenta. Su corta vida adulta transcurre normalmente en el mar, como parásitos hematófagos. Su boca redonda, sin mandíbula, se pega como ventosa a otros peces. Varias filas de dientes circulares se introducen a través de la piel de sus desafortunados anfitriones. Su apetito es voraz.

Más tarde, cuando regresan a los arroyos y ríos a lo largo de la costa del Atlántico norte, las lampreas de mar se atrofian hasta que son poco más que vehículos para la reproducción. Tras el apareamiento, perecen. Las poblaciones de lamprea de mar fueron acotadas los Great Lakes y otros grandes lagos de los alrededores después de que fueron construidos canales y represas a principios del siglo 20. Ellas medran parasitando (y matando) especies de peces de importancia comercial y son consideradas una molestia en la región de los Grandes Lagos.

Los biólogos están interesados en la lamprea de mar, en parte a causa de su estilo de vida alterna, pero en gran medida porque representa un fósil viviente del tiempo en que se originaron los vertebrados. Los parientes cercanos de las lampreas de mar estaban en la Tierra antes que los dinosaurios. Es posible que la biología dinámica del genoma de la lamprea de mar se pueda trazar en la historia de la evolución a un punto cercano, y tal vez, incluso, a un antepasado común de todos los vertebrados que viven hoy en día, señalaron los autores del estudio.

«Las lampreas de mar tienen quinientos millones de años de historia evolutiva», dijo Smith. «Los genetistas y biólogos evolutivos pueden comparar su genoma con el de otros vertebrados y el de los seres humanos para ver qué partes del genoma de la lamprea podrían haber estado presente en nuestros antepasados primitivos. Podemos empezar a entender cómo los cambios en el genoma de la lamprea de mar dieron lugar a una estructura coporal distinta y cómo los peces evolucionaron a partir de no tener mandíbula a tenerla «.

Amemiya añadió: «No sabemos a ciencia cierta a qué nos llevará este descubrimiento acerca de la de la remodelación del genoma de la lamprea de mar. Es común en la ciencia que las consecuencias de un hallazgo no se comprendan hasta después de varias décadas. Se trata menos de conectar los puntos para una aplicación específica, sino de cómo obtener una amplia comprensión de cómo se forman las cosas vivas».

Además de Smith y Amemiya, los otros investigadores en este estudio fueron Francesca Antonacci y E. Evan Eichler del Departamento de Ciencias del Genoma de la UW. El proyecto fue financiado por becas de investigación de los Institutos Nacionales de Salud, la National Science Foundation y el Instituto Médico Howard Hughes. Smith también recibió los Premios del Servicio Nacional de Investigación, incluyendo un premio institucional Ruth L. Krischstein a través del Departamento de Ciencias del Genoma de la Universidad de Washington y un permio individual Ruth L. Krischstein a través del Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales.

Fuente: Science Daily. Aportado por Eduardo J. Carletti

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