Desde ranas y peces hasta aves y humanos, los vertebrados abarcan una enorme variedad de formas. Incluyen animales con columna vertebral, sistemas nerviosos complejos y órganos especializados que los distinguen de sus parientes invertebrados. Cómo se desarrolló esa transición a nivel genético sigue siendo una pregunta abierta.
Ahora, investigadores de la Universidad de St Andrews informan que un pequeño grupo de genes se comportaron de manera diferente a medida que surgieron los vertebrados. En un estudio publicado en BMC Biology, el equipo descubrió que estos genes, que ayudan a las células a comunicarse durante el desarrollo, comenzaron a producir una gama más amplia de formas de proteínas en ese punto de la evolución. El cambio apareció específicamente en los genes que se encuentran al final de las cadenas de señalización, donde influyen en cómo las células deciden en qué convertirse.
“Fue muy sorprendente para nosotros ver cómo esta pequeña selección de genes muy particulares se destaca en la forma en que se comportan en comparación con cualquier otro tipo de gen que analizamos”, dijo el autor principal, David Ferrier, en un comunicado de prensa.
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El papel de los genes de señalización en la evolución de los vertebrados
Todos los animales dependen de vías de señalización, redes de genes y proteínas que permiten que las células se comuniquen. Estas vías ayudan a determinar cómo se desarrollan los embriones y cómo se forman los tejidos y órganos.
Lamprea
(Crédito de la imagen: Sebastian Shimeld)
Al final de cada vía se encuentran los efectores de factores de transcripción, proteínas que controlan cómo se llevan a cabo las instrucciones genéticas. Determinan qué genes se activan o desactivan en respuesta a señales.
Para ver cómo este sistema cambió con el tiempo, los investigadores compararon tres especies que se encuentran en puntos importantes de la evolución: una ascidia, que representa un pariente invertebrado de los vertebrados; una lamprea, uno de los primeros vertebrados; y una rana, un vertebrado de evolución más reciente. La comparación de estas especies permitió al equipo identificar cambios que aparecieron específicamente en el límite entre invertebrados y vertebrados.
Ampliando la diversidad de proteínas
Xenopus renacuajo
(Crédito de la imagen: Marika Salonna)
Los vertebrados no tienen muchos más genes que los animales más simples. Los humanos, por ejemplo, tenemos aproximadamente la misma cantidad de genes que algunos invertebrados. Eso sugiere que la complejidad puede depender menos de la adición de nuevos genes y más de la expansión de lo que pueden hacer los genes existentes.
Utilizando secuenciación de ADN de lectura larga, los investigadores capturaron versiones completas de transcripciones de genes para ver cuántas formas de proteínas producía cada gen. Esto les permitió medir la diversidad de proteínas con mayor detalle de lo que había sido posible antes.
Descubrieron que en los vertebrados, un pequeño grupo de genes de señalización genera muchas más formas de proteínas distintas que en la ascidia. Este aumento no se extendió por todo el genoma. Era específico de estos genes reguladores.
Tener más variantes de proteínas puede dar más flexibilidad a las células en desarrollo. Pequeñas diferencias en la estructura de las proteínas pueden influir en cómo responden las células a las señales y qué tipos de tejidos forman. En lugar de inventar genes completamente nuevos, los primeros vertebrados pueden haber ampliado la gama de funciones realizadas por genes que ya tenían.
Implicaciones más allá de la historia evolutiva
Los resultados sugieren que ampliar la gama de formas de proteínas en un pequeño conjunto de genes puede haber ayudado a dar forma a rasgos como órganos especializados y tejidos complejos.
Estos mismos sistemas de señalización están activos en el desarrollo humano y a menudo están involucrados en enfermedades. Aprender cómo surgió su diversidad de proteínas podría ofrecer una idea de cómo funcionan hoy.
El siguiente paso es determinar cómo funciona cada variante proteica durante el desarrollo. “Será emocionante determinar cómo estas diferentes formas de proteínas funcionan de distintas maneras para generar la diversidad de tipos de células que vemos ahora en los vertebrados”, explicó Ferrier.
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