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Resumen (03 de Sep. De 2005): Las comparaciones del genoma humano y el recientemente completado borrador del genoma del chimpancé han puesto al descubierto importantes diferencias entre los patrones de largos segmentos duplicados de ADN en las dos especies. Estas duplicaciones de segmentos – que abarcan grandes tramos de ADN – parecen haber tenido un impacto significativo en la alteración del paisaje genómico de monos y humanos.





basado en una publicación de HHMI

Encajar letras genéticas es equivalente a la edición bioquímica. Crédito: www.lbl.gov

La comprensión popular de las diferencias genéticas entre chimpancés y humanos debería ser remodelada a la luz de los hallazgos de diferencias importantes en las duplicaciones segmentarias, dijo el principal autor del estudio, Evan Eichler del Instituto Médico Howard Hughes en la Escuela de Medicina de la Universidad de Washington.

La tradicional comparación citada en los libros de texto es que la diferencia es del 1,2 por ciento, basada en variaciones en los pares de bases simples de las secuencias de genes. 'Pero nuestros datos sobre estas duplicaciones muestran una diferencia del 2,7 por ciento, base por base, entre los chimpancés y los humanos', dijo Eichler. 'Por eso cuando hablamos de lo similares que son chimpancés y humanos, necesitamos en realidad asegurarnos de que nos estamos refiriendo a la variación en todo el genoma como oposición a sólo esos cambios en los pares de bases simples.

Eichler dirigió el equipo de investigación que publicó el análisis comparativo del genoma el número del 1 de Septiembre de 2005 de la revista Nature. Su artículo de investigación fue uno de los muchos análisis que acompañaron a un reportaje sobre el borrador de secuencia del genoma del chimpancé. Eichler también participó en el proyecto del genoma del chimpancé.

Eichler y sus colegas en Seattle colaboraron con investigadores de la Universidad de Bari en Italia, el Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva, la Escuela de Medicina de la Universidad de Washington en San Luis, el Instituto de Investigación del Hospital Infantil de Oakland y la Biblioteca Nacional de Medicina.

Las duplicaciones de amplios segmentos de ADN ocurre durante la producción del esperma o el óvulo a causa de una predisposición de ciertos sitios a lo largo de los cromosomas para experimentar roturas y reordenaciones, explicó Eichler. Las duplicaciones segmentarias resultantes son importantes evolutivamente ya que dan lugar a copias extra de genes que permiten a la evolución 'experimentar' más libremente con mutaciones que darían lugar a nuevos rasgos, dijo Eichler. Sin embargo, también pueden inducir a unas dos docenas de enfermedades genéticas.

Progresión de los colmillos a los dientes, de la frente baja a la alta

El análisis comparativo de las duplicaciones segmentarias en humanos y chimpancés podría aportarnos una importante comprensión de por qué esas anormalidades específicas tienden a ocurrir y cuándo surgen estos eventos. 'El chimpancé puede aportarnos información histórica sobre los estados ancestrales de la enfermedad', dijo Eichler. 'Sabemos que hay algunas 'arquitecturas' de enfermedades que son compartidas entre chimpancés y humanos, por lo que sabemos que es el estado ancestral. Pero otras estructuras de predisposición han surgido sólo en la especie humana, por lo que tales comparaciones pueden aportarnos información importante sobre las historias genéticas de predisposiciones a desórdenes y enfermedades de la especie humana'.

En su análisis, los investigadores cartografiaron los datos del borrador de secuencia del chimpancé sobre la secuencia del genoma humano como referencia. Con este mapa comparativo, usaron un sofisticado análisis computerizado para distinguir tres categorías de duplicaciones segmentarias – aquellas encontradas en humanos pero no en chimpancés; las encontradas en chimpancés pero no en humanos; y las que comparten ambos. Los investigadores buscaron duplicaciones mayores de unas 20 000 pares de bases de longitud.

Su análisis reveló que alrededor de la tercera parte de las duplicaciones se encontraban en humanos pero no en chimpancés. 'Fue sorprendente, por que esto nos dice que hay una alta frecuencia de duplicaciones nuevas que se originan durante el tiempo de la evolución de los humanos y los grandes simios', dijo Eichler. 'En contraste hay muchas teorías por ahí de que las duplicaciones emergen y se mantienen a través de la selección u otros procesos tales como la conversión genética'.

Analizando las duplicaciones sólo del chimpancé, los investigadores encontraron que los chimpancés mostraban menos lugares de duplicación que los humanos, pero ellos tenían un gran número de copias de los segmentos duplicados. De particular interés para los científicos, fue que unas pocas de las duplicaciones compartidas estaban a menudo 'hiper expandidas' en el chimpancé.

En uno de los casos más extremos, mientras el genoma humano mostraba cuatro copias de un segmento, el genoma del chimpancé mostraba unas 400 copias. 'Esas hiper expansiones son interesantes ya que ocurren en los extremos de los cromosomas', dijo Eichler. 'En el caso del segmento que mostraba esa duplicación tan masiva, ocurría cerca de una región que en los grandes simios está dividida en dos cromosomas, pero que en los humanos es el fusionado cromosoma dos'. Tal diferencia apunta a alguna inestabilidad cromosómica en ambas especies que se resolvió por si misma de forma diferente en humanos y en chimpancés, dijo.

Charles Darwin (1809-1882)

Eichler estaba también intrigado por los datos que indicaban que las duplicaciones exclusivas de los monos o las exclusivas de los humanos tendían a ocurrir cerca de regiones de duplicaciones compartidas entre humanos y chimpancés – un fenómeno que los investigadores apodan 'duplicación sombra' (duplication shadowing). El descubrimiento de este fenómeno, dijo, podría conducir a una mayor comprensión de las propiedades de las regiones cromosómicas que tienden a experimentar inestabilidades. 'Tales regiones son bastante importantes desde una perspectiva evolutiva, ya que mucha gente opera bajo la asunción de que estos tipos de procesos mutacionales están distribuidos al azar', dijo Eichler. 'Pero en esencia, no lo están. Hay probablemente algo sobre estas regiones que las ha hecho particularmente calientes en términos de cambio en el transcurso del tiempo evolutivo'.

El siguiente proyecto importante que los investigadores acometerán es intentar comprender lo que significan las diferencias en la duplicación segmentaria para las especies en términos de la evolución de los genes incluidos en esos segmentos. 'En cabeza de nuestra lista está calcular cuales de los genes de las duplicaciones muestran firmas de la selección natural', dijo Eichler. 'Este es un gran interrogante, ya que nuestra hipótesis es que las grandes diferencias en la estructura entre humanos y chimpancés surgió o pudo ser tolerada a causa de importantes adaptaciones en los mismos genes'. Hay unos cuantos ejemplos de lo rápidamente que evolucionan los genes duplicados, pero estos genes no han sido analizados sistemáticamente debido a las dificultades en distinguir los genes en estas regiones del genoma.

Cuando el genoma de otro gran simio, el orangután, esté completamente secuenciado, los datos darán a los investigadores la oportunidad de ganar aun más comprensión en las evolutivamente importantes diferencias entre los humanos y otros primates, dijo.