Los científicos han descubierto cómo nuestro ADN puede utilizar un botón genético de avance rápido para crear nuevos genes que permitan una rápida adaptación a nuestros entornos en constante cambio. Durante una investigación sobre errores de replicación del ADN, investigadores de la Universidad finlandesa de Helsinki descubrieron que ciertas mutaciones individuales producen palíndromos, que leen lo mismo hacia adelante y hacia atrás. En las circunstancias adecuadas, estos pueden evolucionar hacia genes de microARN (miARN).
Estos genes pequeños y simples desempeñan un papel importante en la regulación de otros genes. Muchos genes de miARN han existido durante mucho tiempo en la historia evolutiva, pero los científicos descubrieron que en algunos grupos de animales, como los primates, aparecen de repente genes de miARN completamente nuevos.
“La aparición de nuevos genes de la nada ha fascinado a los investigadores”, afirma el bioinformático Heli Mönttinen, primer autor del nuevo estudio.
“Ahora disponemos de un modelo elegante para la evolución de los genes de ARN”.
Los errores que permiten este método notablemente eficiente de creación de genes se denominan mutaciones de cambio de plantilla (TSM). El proceso de creación de miARN asociado a TSM es mucho más rápido que la evolución de nuevas proteínas funcionales.
“El ADN se copia una base a la vez y, normalmente, las mutaciones son bases únicas erróneas, como golpes erróneos en el teclado de un ordenador portátil”, afirma el líder del proyecto y bioinformático Ari Löytynoja.
“Estudiamos un mecanismo que crea errores mayores, como copiar y pegar texto de otro contexto. Estábamos especialmente interesados en casos que copiaban el texto hacia atrás para crear un palíndromo”.
Todas las moléculas de ARN necesitan conjuntos repetidos de bases que fijen la molécula en su forma funcional. El equipo decidió concentrarse en los genes de microARN, que son extremadamente cortos y constan de alrededor de 22 pares de bases.
Pero incluso para genes de microARN simples, las posibilidades de que mutaciones de bases aleatorias formen lentamente este tipo de ejecuciones palindrómicas son muy bajas. Los científicos han quedado desconcertados sobre el origen de estas secuencias palindrómicas. Resulta que los TSM pueden producir rápidamente palíndromos de ADN completos, generando nuevos genes de microARN a partir de secuencias de ADN que previamente no codificaban.
“En una molécula de ARN, las bases de palíndromos adyacentes pueden emparejarse y formar estructuras que se asemejan a una horquilla. Estas estructuras son decisivas para el funcionamiento de las moléculas de ARN”, afirma el biotecnólogo Mikko Frilander.
Ya se han trazado los genomas completos de muchos primates y mamíferos. Al comparar estos genomas utilizando un algoritmo informático personalizado, los investigadores pudieron descubrir qué especies tienen el par palíndromo de microARN.
“Con un modelado detallado de la historia, pudimos ver que palíndromos completos se crean mediante eventos de mutación únicos”, explica Mönttinen.
El siguiente diagrama ilustra muy bien el proceso. A medida que la replicación del ADN comienza a ejecutarse a través de cada par de bases en su lista de recetas, se detiene cuando encuentra una mutación o un par de bases defectuoso.
Luego, la replicación salta a la plantilla adyacente y comienza a replicar esas instrucciones pero al revés. Cuando la replicación vuelve a la plantilla original, se crea un pequeño palíndromo que puede emparejarse consigo mismo en una estructura de horquilla.
El cambio de plantilla durante la replicación del ADN permite que un solo evento de mutación cree la estructura perfecta en el ADN para un nuevo gen de miARN. Esto es mucho más eficiente que los cambios lentos y graduales que pueden ocurrir con bloques de construcción individuales.
En el árbol genealógico de los primates se encontraron más de 6.000 de estas estructuras, que podrían haber dado lugar a al menos 18 genes de miARN nuevos en humanos. Eso es el 26% de todos los miARN que se cree que surgieron desde que aparecieron los primates. Hallazgos como estos, que abarcan líneas evolutivas, apuntan a un mecanismo universal de creación de genes de miARN, y el equipo cree que los resultados también pueden aplicarse a otros genes y moléculas de ARN.
Parece relativamente fácil que aparezcan nuevos genes de microARN que potencialmente podrían afectar la salud humana. Algunos miARN asociados a TSM ya han mostrado importancia funcional, como hsa-mir-576, que influye en la respuesta antiviral en primates.
“Muchas variantes de TSM capaces de convertirse en genes de miARN se segregan entre las poblaciones humanas”, escriben los autores, “lo que indica que el proceso de TSM está activo y está dando forma a nuestros genomas en este momento”.
El estudio ha sido publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences.
Fuente: Science Alert.
