UNO DE LOS ENIGMAS EN NUESTRO ADN: LAS SECUENCIAS Alu.

Buenas, quiero hablaros de un tema que he estado estudiando un poco estos días, y es sobre unas secuencias de ADN llamadas ‘secuencias Alu’ que tenemos repartidas por nuestros cromosomas (en nuestro ADN) y que son un paso clave de la evolución de los primates.

Si pretendo que me entendáis tengo que explicaros lo básico, pero intentaré hacerlo lo más corto posible. Veréis nuestro ADN se distribuye en cromosomas (concretamente, el ser humano tiene 46 y más propiamente, 23 pares ya que se encuentran ‘duplicados’ dentro de cada célula). A lo largo de esos cromosomas, solamente un 1,5% son los genes que codifican proteínas. El resto del ADN fue considerado por la mayoría de los biólogos, durante mucho tiempo como ‘ADN basura’ pero más adelante se descubrió que había secuencias fuera de los genes que intervienen en su regulación (es decir, controlan si unos genes expresan o no proteínas). El control de la expresión de las proteínas es necesario ya que en nuestro cuerpo una célula sanguínea, una neurona y una fibra muscular, son muy diferentes pese a compartir el mismo ADN, y se debe al control de las proteínas que están produciendo entre otras cosas.

Otra de las cosas que se descubrió en nuestro genoma (que es el ADN que llevan nuestras células) es que tiene un montón de secuencias que se repiten a lo largo y ancho del mismo. En el genoma humano, las secuencias ‘Alu’ son un tipo de ellas, ya que hay más de 1.500.000 (millón y medio) de copias de Alu a lo largo del ADN, ocupando un 10% del mismo. Pero antes, tenemos que hacer una diferencia. Hay dos tipos de regiones repetitivas en el ADN:

– Aquellas que se repiten ‘en tandem’, ahí están los llamados ‘microsatélites’ y ‘minisatélites’ que son cortas secuencias de ADN pero que se van repitiendo una detrás de otra sin separación entre si, puede haber cientos o miles de repeticiones.

– Aquellas que son muy abundantes, pero que están separadas entre si. Uno de los más frecuentes son los llamados RETROTRANSPOSONES. Estas son secuencias que pueden desplazarse por el genoma, copiándose a un ARN el cual a su vez será reconvertido en ADN y reincorporado al genoma en otro sitio. Así, pueden realizar copias de si mismos y expandirse. Existen 3 tipos:

• LTR: ‘Long Tandem Repeat’ son secuencias muy largas con capacidad para replicarse de manera autónoma.
• LINEs: Son secuencias más cortas que las anteriores, también con capacidad autónoma.
• SINEs: Son secuencias cortas, que no tienen capacidad autónoma para replicarse.

Normalmente estas secuencias disponen de una región promotora para una enzima llamada ‘ARN Polimerasa III’. Esta enzima lo que hace es crear moléculas de ARN usando el ADN como molde. La capacidad autónoma se refiere a otra enzima, llamada ‘Transcriptasa inversa’ que convierte ese ARN de nuevo en ADN. Los SINEs no tienen en su estructura la secuencia que puede producir una Transcriptasa Inversa (TI). Un ejemplo son las ‘secuencias Alu’.

Por tanto, lo que distingue a los retrotransposones de los genes es que los dos se ‘transcriben’ a ARN, pero ese ARN sigue dos caminos distintos. El ARN que proviene de los ‘genes’ y que se llama ARN mensajero (ARNm) se irá a sintetizar una determinada proteína, mientras que el ARN de los retrotransposones se volverá a convertir en ADN para reincorporarse al genoma en otra parte.

Mucho se ha dicho sobre estos ‘elementos móviles’ descubiertos por primera vez por Barbara McClintock en la planta del maíz (estos elementos móviles son enormemente abundantes en el genoma de las plantas, pero en realidad lo son en todos los organismos incluyendo las bacterias). Todavía hoy en día, se les considera secuencias ‘fósiles’ que permanecen en el genoma sin cumplir ninguna función, o que la mayoría de ellos son inactivos mientras solo una minoría, por pura casualidad, tiene alguna importancia o función. Ya se sabe que hay algunos de ellos que participan en el control de los genes y en dar forma a la estructura de los cromosomas (la cromatina) y están detrás del ‘bandeado de color’ de ellos.

Ahí está un dibujo muy burdo de nuestros cromosomas (se numeran empezando por el más grande) y en estas estructuras es que se copia y transmite nuestro ADN. En ellos se distinguen diferentes regiones y se sabe que presentan bandas, las cuales se hacen visibles con diferentes tinciones o colorantes. Bajo una tinción específica, se hacen visibles dos tipos de bandas: las bandas ‘R’ y las bandas ‘G’. No es casualidad: los ‘genes codificantes de proteínas’ se concentran en las bandas R y son las partes más activas de los cromosomas. Las bandas G abundan en ‘heterocromatina’ o parte más inactiva del ADN. Pues atento a esto: las secuencias ‘Alu’ en nuestro genoma son mucho más frecuentes en las zonas que corresponden a los ‘genes codificantes de proteínas’ mientras que los LINEs lo son en las bandas G. De hecho, hay una correlación inversa entre SINEs (secuencias ‘Alu’) y LINEs: allí donde hay más de uno hay menos del otro.Concretamente, ello parece indicar que cumplen una función inversa dentro del genoma. La zona donde menos secuencias ‘Alu’ hay es en los telómeros, los extremos de los cromosomas.

Esta correlación inversa no se debe a una distribución casual de los elementos, como tampoco la estrecha asociación entre secuencias ‘Alu’ y genes para proteínas. Aunque el mecanismo con el cual los ‘Alu’ se copian a si mismos y se incorporan en otro lugar del genoma no está del todo clarificado aún (no se sabe como hace uno de los dos cortes necesarios, por ejemplo) se sabe que los SINEs utilizan la maquinaria enzimática (proteínas que hacen ‘la copia, el corta y el pega’ por así decirlo) que tienen los LINEs, tomándola como prestada. Es por ello que hay una evidente relación entre los dos tipos de elemento móvil.

Lo más extraño de todo es el origen y la evolución de las secuencias ‘Alu’. Estas se expandieron de manera coincidente con la radiación de los primates hace 65 millones de años (MA). Hoy en día sabemos de dónde vienen, y es que en origen procedieron de una molécula de ARN que está en todos los seres vivos, que se llama Partícula de Reconocimiento de la Señal (PRS).

Bueno es solamente una imagen, que muestra una molécula de ARN (la que está enroscada en hélice) rodeada de proteínas. El conjunto se llama ‘ribonucleoproteína’ (ARN + varias proteínas). El ARN 7SL es el que ha dado origen a las secuencias ‘Alu’. Por alguna razón desconocida, se comenzaron a expandir por el genoma de los primates copias de una parte de esa molécula de ARN y que está presente en todos los seres vivos formando parte de la PRS. Pero solamente en los primates ese ARN se ha expandido para dar lugar a ‘secuencias Alu’. Pero esto no ha sido un fenómeno único en la evolución. Existen otro tipo de SINEs en otros muchos grupos que no vienen de este ARN 7SL, pero pueden venir de un ARN de transferencia (ARNt) o de otras moléculas complejas de ARN.

Son varios los enigmas sobre esto, entonces hago estas preguntas:

– ¿Qué hizo que en la historia evolutiva de los primeros primates un ARN encargado del transporte de proteínas (la PRS tiene esa función) se convirtiera en un retrotransposón?

– ¿Cómo influyó esto en la evolución de los primates?

– ¿Por qué el ritmo con que se hacían copias de secuencias ‘Alu’ ha cambiado en la evolución de los primates? Porque se sabe que hace 40 millones de años, se producía [como media estimada] una nueva copia por cada nacimiento, en cambio hoy se estima una nueva copia y recolocación por cada 200 nacimientos.

– ¿Qué función pueden tener los SINEs y los LINEs en los genomas y la evolución de las especies, en general? ¿Y cómo están controlados?

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