Nuestro ADN contiene las instrucciones funcionales para todas nuestras células, desde las células en nuestros cerebros hasta las células en nuestros huesos y nuestra sangre. Pero es solo activando y desactivando diferentes segmentos de nuestro ADN, o nuestros genes, que nuestras células asumen sus funciones especializadas.
Esto es cierto para todo tipo de organismos, cuyas células se diferencian cuando se encienden y apagan diferentes genes. En organismos simples, estos “interruptores” encendidos generalmente se encuentran a poca distancia de los genes que activan y desactivan. Pero en organismos complejos, estos interruptores a veces se separan de los genes que regulan por largas líneas de letras de ADN, a veces numerando en las decenas de miles.
Investigación reciente Sin embargo, ha descubierto que esta forma de regulación génica a larga distancia es en realidad mucho más antigua de lo que se pensaba. Publicado hoy en Naturalezala investigación revela que estos interruptores de encendido distantes probablemente aparecieron al principio de la evolución de los animales, alrededor de 700 millones de años a 650 millones de años, o alrededor de 150 millones de años antes de lo estimado anteriormente.
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Encender y desactivar los genes distantes
Para la regulación génica de larga distancia, o la regulación distal, para trabajar, el ADN debe doblarse o verse en bucles intrincados. Estos bucles sitúan segmentos separados de ADN más juntos en el espacio 3D, lo que permite interruptores de activación para controlar genes que son técnicamente decenas de miles de letras de ADN de distancia.
Durante mucho tiempo, se planteó la hipótesis de que esta habilidad surgió en animales que aparecieron hace unos 500 millones de años, ayudándoles a especializar sus células para funciones específicas. Pero el nuevo Naturaleza La investigación ha indicado que la regulación distal se originó incluso antes que eso, probablemente en el antepasado común de todos los animales que están vivos hoy.
“This creature could repurpose its genetic toolkit in different ways like a Swiss knife, enabling it to refine and explore innovative survival strategies. We did not expect this layer of complexity to be so ancient,” said Iana Kim, the lead study author and a researcher at the Spanish Centre for Genomic Regulation (CRG) and the Centro Nacional de’Anàlisis Genòmica (CNAG), according to a presione soltar.
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Fechando los orígenes de los interruptores genéticos distantes
Para rastrear esta innovación en el tiempo, los autores del nuevo estudio analizaron los mecanismos de regulación génica en 11 especies separadas. Algunas de estas especies provenían de los primeros linajes animales, como los ctenóforos, los poriferenses, los placozoos y los cnidarios. Estos linajes, que contienen las jaleas de peine, las esponjas marinas y otras criaturas oceánicas, como medusas, corales y anémonas de mar, comprenden algunos de los animales más simples de la tierra. Otras especies provienen de linajes de organismos unicelulares que comparten un antepasado común con todos los animales hoy.
“Puedes descubrir mucha nueva biología mirando las raras criaturas marinas. Hasta ahora, habíamos estado comparando secuencias del genoma, pero gracias a los nuevos métodos podemos ahora podemos [analyze] qué mecanismos de regulación génica controlan la función del genoma entre las especies “, dijo Arnau Sebe-Pedrogres, otro autor de estudio y líder grupal en el CRG, según el comunicado.
De hecho, un nuevo método llamado Micro-C permitió a los autores del estudio hacer mapas 3D del ADN de cada una de las 11 especies, lo que siguió los pliegues de sus secuencias de ADN. Si bien los bucles de la regulación génica de larga distancia no aparecieron en los mapas de ADN de los organismos de un solo células, aparecieron en los mapas de los ctenóforos, los placozoos y los cnidarios, lo que sugiere un origen de una regulación distal de unos 700 millones a 650 millones de años.
Sorprendentemente, los autores del estudio también determinaron que diferentes proteínas ayudan a estructurar los bucles de ADN de diferentes animales. Mientras que el bucle de linajes animales posteriores (como peces, anfibios, reptiles, aves y mamíferos) está organizado por CTCF, una proteína que ayuda a ordenar diferentes genes en diferentes segmentos de ADN, los bucles de animales anteriores (como los ctenóforos) están organizados por una proteína separada de la misma familia de proteínas.
“Es impresionante que el mismo problema se haya resuelto utilizando diferentes herramientas. Gracias a este trabajo, ahora sabemos que puede usar dos proteínas diferentes para traer ADN distal [pieces] Juntos en el espacio formando un bucle ”, dijo Marc A. Marti-Renom, otro autor de estudio y líder grupal en el CRG y CNAG, según el comunicado.
Los autores del estudio enfatizan que su investigación ayuda a rastrear la evolución de la regulación genómica y proporciona información práctica sobre los mecanismos reguladores que controlan las funciones celulares en humanos y animales por igual.
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Sam Walters es un periodista que cubre arqueología, paleontología, ecología y evolución para Discover, junto con una variedad de otros temas. Antes de unirse al equipo de Discover como editor asistente en 2022, Sam estudió periodismo en la Universidad Northwestern en Evanston, Illinois.