Com es poden expressar els gens dʼun organisme per originar tipus cel·lulars tan diferents? Regular lʼexpressió gènica és un procés clau per activar gens de manera específica i aquest procés és el resultat dʼun delicat equilibri de la maquinària genètica de la cèl·lula. Un primer nivell de control està representat per unes petites seqüències de DNA, pròximes als gens, que actuen com a regions reguladores de lʼexpressió gènica.
Lʼestudi publicat al PNAS sʼha dut a terme amb espècies molt allunyades filogenèticament, en les quals sʼha identificat aquesta seqüència reguladora ancestral: en concret, en vertebrats (lʼespècie humana i el peix zebra) i en invertebrats (cnidaris, equinoderms, cefalocordats i hemicordats). Un dels pilars bàsics del nou article és el treball científic de seqüenciació del genoma de lʼamfiox (Nature, 2008), una primícia científica de ressò internacional, en què va participar lʼequip de la UB que dirigeix Jordi Garcia-Fernández. En concret, lʼestudi de les seqüencies no codificadores de lʼamfiox està aportant dades de referència per conèixer lʼevolució biològica dels tres grups de cordats (tunicats, amfioxs i vertebrats), la transició entre invertebrats i vertebrats i lʼorigen del genoma humà.
Seqüència i funció des de fa 1.000 milions dʼanys
Segons explica el catedràtic Jordi Garcia-Fernández, «lʼestudi identifica per primer cop una regió reguladora no codificadora, que sʼha conservat excepcionalment en lʼescala evolutiva des de fa més de 1.000 milions dʼanys, i que manté lʼactivitat en el control de la neurogènesi al llarg lʼescala evolutiva dels metazous». La seqüència, en concret, és un petit fragment de DNA amb una estructura espacial que facilita la unió dels factors de transcripció en un ordre concret (o sintagmes), actuant com un regulador cisde lʼexpressió dels gens soxB2, una família gènica que participa en el control del desenvolupament del sistema nerviós.
Aquest petit fragment de DNA presenta una homologia excepcional i una funcionalitat altament conservada en genomes de vertebrats i invertebrats. Tal com assenyala Garcia-Fernández, «un resultat sorprenent de lʼestudi ha estat identificar, en organismes tan divergents, una seqüència gènica altament conservada des de fa milions dʼanys, i amb un patró de funcionalitat biològica igualment conservat». Així mateix, afegeix: «També són espectaculars els resultats trobats en el model de la Drosophila melanogaster. Encara que, fins ara, aquesta regió no codificadora no ha estat identificada en el seu genoma, hem comprovat que, un cop inserida, és capaç de dirigir la maquinària de regulació gènica en el desenvolupament del cervell i del lòbul òptic».
Gens: més funcions, més complexitat
Els resultats del treball que publica el PNAS apunten a un fenomen cada cop més rellevant en lʼevolució: la coopció de gens. «La complexitat en els éssers vius --continua Garcia-Fernández-- no es va produir únicament per lʼaparició de nous gens. Un gen es pot cooptar, és a dir, pot emprar-se per a una nova funció, i en molts casos, aquest fenomen ha pogut donar lloc a innovacions evolutives. Abans es pensava que els organismes més complexos ho eren perquè tenien més gens: no és així, són complexos perquè els mateixos gens sʼhan cooptat per adquirir noves funcions».
Moltes alteracions genòmiques associades a malalties humanes sʼubiquen en regions no codificadores del genoma. Un dels grans reptes de la genòmica comparada serà detectar mutacions en zones reguladores que són clau en el control de lʼexpressió gènica. Tal com apunta lʼinvestigador, «tradicionalment, la genètica sʼha fixat en lʼestudi de les regions codificadores, però prop del 97 % del genoma no codifica per obtenir proteïnes». Per això, conclou: «Com que tot indica que lʼevolució sʼha produït sobretot per canvis en les zones reguladores (evolució en cis), lʼestudi de les regions del genoma amb un paper regulador tindrà cada cop més impacte en el món de la genètica i la biologia moleculars».
Més informació:
Maeso, Ignacio; Irimia, Manuel; DʼAniello, Salvatore; Garcia-Fernández, Jordi; Royo, José Luis; Gómez-Skarmeta, José Luís; Casares, Fernando; Lopes, Carla S.; Gao, Feng; Peter, Isabelle S.; Davidson, Eric H.«
Transphyletic conservation of developmental regulatory state in animal evolution».
Proceedings of the National Academies of Sciences (PNAS), agost de 2011, vol. 108, núm. 34, pàg. 14186-14191.
