Una afluencia aleatoria de ADN de un virus ayudó a los vertebrados a ser tan asombrosamente exitosos

Una afluencia aleatoria de ADN de un virus ayudó a los vertebrados a ser tan asombrosamente exitosos

Por Campos de Douglas R.

Charles Darwin propuso que la evolución está impulsada por variaciones graduales en organismos que tienen una ventaja de supervivencia en un entorno cambiante. Pero la bióloga evolutiva de la Universidad de Maryland, Karen Carleton, dice que los científicos han luchado durante mucho tiempo con el dilema de que “la evolución puede ocurrir abruptamente, como lo describe Steven Jay Gould en [the theory of] Equilibrio exacto.” La pregunta siempre ha sido: ¿Cómo sucede esto?

Un ejemplo de ello es la aparición repentina de mielina, la vaina multicapa de las fibras nerviosas que transformó la forma en que se conducen los impulsos neuronales y aceleró la velocidad de transmisión de estos impulsos. La mielina aparece repentinamente en los vertebrados, animales con columna vertebral que surgieron hace 500 millones de años. No se encuentra rastro de él en la línea ancestral que precedió a la llegada de los vertebrados. Un nuevo estudio en la revista. Celúla proporciona una respuesta a este enigma de larga data: las instrucciones genéticas para producir mielina se introdujeron en el ADN de nuestro antepasado vertebrado mediante una infección con un virus.

La mielina es posiblemente el avance más significativo en el sistema nervioso que jamás haya ocurrido en el reino animal. El gran aumento en la velocidad de transmisión de información a largas distancias en el cuerpo es en gran medida responsable del espectacular salto en la capacidad cognitiva de los vertebrados, sin mencionar la velocidad de movimiento y la agilidad en perros, delfines y personas, por ejemplo, en comparación con invertebrados como como babosas, gusanos y estrellas de mar. Al carecer de mielina, las neuronas de los invertebrados se agrupan en grupos (ganglios) situados cerca de las estructuras corporales que controlan o que proporcionan información sensorial. Hay ganglios al lado de cada pata nadadora en la cola de un camarón, por ejemplo, pero en los vertebrados, las neuronas están agrupadas en un enorme conjunto central, el cerebro. La concentración de miles de millones de neuronas en un cerebro permitió capacidades cognitivas mucho más allá de las de los invertebrados.

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Curiosamente, la mielina está envuelta alrededor de las fibras nerviosas por células completamente diferentes en el cuerpo (células de Schwann) que en el cerebro (oligodendrocitos). Si la mielina evolucionara de forma independiente en el sistema nervioso periférico y central, los retrasos en la transmisión en cualquier parte del sistema socavarían la ventaja, como una conexión lenta a Internet que obstaculiza una computadora de alta velocidad. Pero la mielina aparece completamente formada simultáneamente en el cerebro y el cuerpo con la evolución de los vertebrados. (Una excepción es la anguila lamprea, el vertebrado vivo más primitivo, que no tiene mielina). Todo esto plantea la pregunta: ¿de dónde vino la mielina?

“La evolución de la mielina es un misterio importante y no se ha estudiado en absoluto”, dice el investigador de mielina Robert Gould del Centro de Investigación Whitman del Laboratorio de Biología Marina, que no participó en la nueva investigación. El estudio informa sobre la participación de lo que se llama un retrovirus en precipitar la aparición de mielinización. Gould dice que la participación del ARN retroviral en la mielinización es una sorpresa, que debería tener implicaciones importantes para las enfermedades relacionadas con la mielina, como la esclerosis múltiple.

El dogma central en biología molecular sostiene que la información fluye desde el ADN en el núcleo de la célula y es transportada fuera del núcleo al citoplasma, el interior líquido de la célula, por otra molécula, el ARN mensajero. El ARN mensajero transporta una copia del código genético de una proteína específica para entregarla a estructuras específicas en el citoplasma que sintetizan esa proteína. Los virus no pueden producir proteínas por sí solos. En lugar de eso, secuestran la maquinaria molecular de las células que infectan para producir todas las proteínas virales y enzimas necesarias para generar nuevos virus.

Los retrovirus como el virus VIH llevan a cabo este hackeo genético invirtiendo la secuencia de lectura del gen. Inyectan su ARN en las células que infectan, que sirve como código para producir proteínas virales. Ese ARN se convierte en ADN y, como un código malicioso en un programa de software, se inserta en el genoma de la célula. Cuando la célula lee ese código de ADN rebelde en ARN, sin darse cuenta produce proteínas virales extrañas.

Infecciones y cánceres espantosos son causados ​​por virus que corrompen nuestro genoma, pero a veces una infección viral tiene beneficios inesperados y fragmentos mutantes de genes virales se fijan permanentemente en el ADN de los organismos y pueden transmitirse de generación en generación. Estos fragmentos de ADN extraño normalmente ya no producen proteínas virales. Aún así, tienen una poderosa influencia sobre qué genes se leen para producir proteínas al unirse a regiones del ADN cercanas a los genes y a proteínas en el núcleo que controlan si un gen se expresa o no. Sorprendentemente, el 40 por ciento del ADN de los mamíferos está formado por restos de estas infecciones retrovirales.

El biólogo de mielina Robin Franklin del Wellcome Genome Campus en Inglaterra y sus colegas informan en el nuevo estudio que han identificado un elemento retroviral en todos los vertebrados excepto en las lampreas. Los investigadores llamaron a esta inserción en el genoma del ancestro común de los vertebrados hace millones de años Retromielina. Han demostrado que estimula la síntesis de proteínas que son esenciales para producir mielina tanto en el sistema nervioso central como en el periférico.

cuando bloquearon Retromielina en células de ratón en cultivo, y en larvas de pez cebra y renacuajos, la mielina en gran medida no se formó. Otros experimentos revelaron cómo el bloqueo Retromielina producción de mielina obstaculizada. Una proteína clave de la mielina llamada MBP es esencial para formar la vaina de mielina. La formación de mielina tiene lugar cuando una extensión larga en forma de tentáculo de una célula llamada oligodendrocito envuelve la fibra nerviosa.

Para llevar a cabo este proceso, la MBP en la superficie interna de la membrana celular del oligodendrocito se empareja con el mismo tipo de molécula en la membrana interna del tentáculo alargado del oligodendrocito que envuelve una fibra. Al unirse entre sí, MBP cierra ambas superficies interiores de las membranas como si fuera un trozo de cinta doblada que se pega a sí misma, y ​​esto exprime todo el citoplasma para formar una vaina compacta con alta resistencia eléctrica. Los investigadores demostraron que Retromielina se adhiere a una proteína llamada SOX10, un factor de transcripción que activa la lectura del ADN del gen MBP. Retromielina estimula SOX10 y, en respuesta, las células comienzan a generar grandes cantidades de MBP para producir mielina.

“Se trata de un estudio muy interesante que identifica un factor importante en la mielinización”, afirma Klaus-Armin Nave, investigador de mielina en el Instituto Max Planck de Ciencias Multidisciplinarias de Göttingen, Alemania, que no participó en la investigación. “Pero visto rigurosamente, la conclusión de que esta infección retroviral fue el interruptor que activó la mielinización en los vertebrados se basa en la correlación”. La mielinización es un proceso muy complejo, afirma, que debe requerir muchas proteínas y mecanismos de regulación genética diferentes. El misterio de la mielina puede requerir más investigaciones: hay, por ejemplo, poca evidencia de MBP en los ancestros de los vertebrados. “¿De dónde viene la MBP si no existe una secuencia de ADN en los prevertebrados?” Robert Gould reflexiona. “La prueba final”, dice Nave, “sería introducir el gen retroviral en las lampreas y ver si forman mielina”.

Los retrovirus pueden ser un poderoso motor de evolución y la mielina parece ser uno de los ejemplos más notables. “Tiene sentido que pueda estar involucrado un retrovirus”, dice Carleton. Cien años después del descubrimiento de los retrovirus y dos siglos después de que un naturalista de 22 años se embarcara en su viaje de cinco años alrededor del mundo, la biología molecular está abordando ahora el enigma que Darwin enfrentó en su trascendental teoría de la evolución, al esclarecer cómo algunos rasgos parecen aparecer de la nada.