Científicos de Salk descubren fábricas de proteínas escondidas en genes saltadores humanos

Científicos de Salk descubren fábricas de proteínas escondidas en genes saltadores humanos

LA JOLLA–Los científicos han descubierto una fuente previamente desconocida de diversidad genética en humanos, chimpancés y la mayoría de los demás primates. Esta diversidad surge de un nuevo componente de las secciones itinerantes del código genético conocido como genes saltadores.

En un artículo publicado el 22 de octubre de 2015 en Celular, los científicos de Salk informan haber encontrado ADN humano y de chimpancé salpicado de secuencias de código genético que han denominado ORF0, que se propaga por todo el genoma en genes saltadores. Las secuencias ORF0 pueden producir cientos o incluso miles de proteínas previamente desconocidas.

Los investigadores de Salk descubrieron un nuevo componente genético, llamado ORF0, que se extiende por todo el ADN de humanos, chimpancés y la mayoría de los demás primates. Esta imagen muestra las ubicaciones de ORF0 en cromosomas humanos y de chimpancé.

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Imagen: Cortesía del Instituto Salk de Estudios Biológicos

La abundancia de instancias de ORF0 en el genoma humano sugiere que jugó, y aún juega, un papel importante en la diversidad y flexibilidad evolutiva al servir como mecanismo para generar nuevas proteínas. El descubrimiento de estas fábricas de proteínas móviles también puede arrojar luz sobre los orígenes de las mutaciones genéticas responsables del cáncer, los trastornos mentales y otras enfermedades.

"Este descubrimiento muestra que los genes saltadores son una fuente de variación en el genoma de los primates aún más importante de lo que pensábamos, ya sea que estés observando el nivel de diferentes especies, diferentes personas o incluso las diferentes células dentro del cuerpo de un individuo", dice. Calibrador oxidado, autor principal del artículo y profesor en Salk's Laboratorio de Genética.

Con la secuenciación del genoma humano, quedó claro que los genes saltadores, elementos genéticos móviles descubiertos por primera vez en el maíz por Barbara McClintock a principios de la década de 1950, también estaban presentes y eran muy activos durante la evolución humana. Aproximadamente la mitad del genoma humano resultó de secuencias de código genético que se movieron o insertaron copias adicionales de sí mismos en todo el genoma.

La importancia evolutiva de los genes saltadores fue destacada por los resultados de otro estudio reciente realizado por Gage y colaboradores en Stanford. La investigación utilizó tecnologías de células madre desarrolladas en el laboratorio de Gage para explorar cómo las diferencias en la expresión génica contribuyen a la estructura facial humana y de chimpancé. Los hallazgos, también publicados en Cell, sugirieron que los genes saltadores desempeñaron un papel en la división evolutiva entre humanos y otros primates.

En el estudio más reciente que descubrió ORF0, Gage y sus colegas se centraron en una clase de genes saltadores conocidos como elementos LINE-1, que constituyen alrededor del 17 por ciento del genoma humano. Estos elementos contienen toda la maquinaria genética necesaria para moverse ellos mismos y otras clases de genes saltarines, sin ayuda, a otra parte del genoma.

Anteriormente, se pensaba que los elementos LINE-1 contenían solo dos secuencias que codificaban proteínas, el producto final de los genes que cumplen una amplia gama de funciones en nuestras células y órganos. Estas secuencias se conocen como marcos de lectura abiertos (ORF), y se cree que las dos secuencias previamente conocidas, ORF1 y ORF2, están involucradas en la producción de proteínas que son importantes para permitir que los elementos LINE-1 se muevan en el genoma.

Rusty Gage y Ahmet Denli

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Imagen: Cortesía del Instituto Salk de Estudios Biológicos

En su nuevo estudio, Gage y sus colegas descubrieron un tercer marco de lectura abierto. Lo llamaron ORF0 en función de su ubicación en el elemento LINE-1 junto a ORF1. Los científicos encontraron ORF0 en unas 3,500 ubicaciones en el ADN de los humanos y en unas 3,000 ubicaciones en el genoma de los chimpancés y la mayoría de los demás primates.

La estructura de los elementos LINE-1 es tal que cuando un elemento se mueve a otro sitio, existe la posibilidad de que la secuencia ORF0 se mezcle con secuencias genéticas en una nueva ubicación en el ADN. El resultado de las nuevas secuencias de genes puede ser una nueva proteína. En términos evolutivos, esto representa una forma de generar moléculas completamente nuevas que podrían ser beneficiosas para una especie. Por otro lado, la reorganización de una secuencia ORF0 existente durante un salto podría resultar en una mutación causante de enfermedad.

"Este descubrimiento vuelve a dibujar el modelo de una pieza importante de la maquinaria genética en los primates, agregando un engranaje completamente nuevo", dice Ahmet Denli, científico del personal del laboratorio de Gage y el primer autor del artículo que informa los hallazgos. "Los genes saltadores con ORF0 son básicamente fábricas de proteínas con ruedas, y durante eones la evolución ha estado conduciendo el autobús".

Ahora que han identificado ORF0 en el genoma de los primates, Denli dice que planean determinar cuántas de las instancias de ORF0 realmente codifican proteínas e investigar qué función cumplen esas proteínas.

Los investigadores también planean investigar el comportamiento de ORF0 en diferentes tipos de células y enfermedades. Están particularmente interesados ​​en explorar su papel en los cánceres y en los trastornos neurológicos como la esquizofrenia, donde estudios previos han sugerido que los genes saltadores pueden estar involucrados.

Otros autores del artículo incluyen a los investigadores del Instituto Salk Iñigo Narvaiza, Bilal E. Kerman, Monique Pena, Christopher Benner, Maria CN Marchetto, Jolene K. Diedrich, Aaron Aslanian, Jiao Ma, James J. Moresco, Lynne Moore, Tony Hunter y Alan Saghatelian.

La investigación fue apoyada por el Leona M. y Harry B. Helmsley Charitable Trust, la Fundación JPB y el g Fundación benéfica Harold y Leila Y. Mathers.