Los científicos encuentran las cosas más interesantes cuando sospechan de funcionamiento en partes del genoma mal entendidas, en lugar de relegarlas a la pila de basura como inútiles. Aquí hay dos ejemplos recientes.

Código Silencioso en Acción en la Actina

«La actina es una proteína intracelular esencial y abundante que juega un papel importante en la morfogénesis del desarrollo, la contracción muscular, la migración celular y la homeostasis celular», dicen Vedula et al. En una publicación en la revista eLife. Una proteína tan vital llama nuestra atención. ¿Cómo realiza tantas funciones diferentes? ¿Qué rige el destino y la actividad de las diferentes formas de actina?

El documento se lee como una historia de detectives científicos. Un equipo de investigadores de la Universidad de Pennsylvania y de los Institutos Nacionales de Salud querían saber por qué dos formas de actina (isoformas) son casi indistinguibles en términos de su secuencia (excepto por cuatro aminoácidos en un extremo), pero desempeñan funciones muy diferentes en la célula. También encontraron intrigante que estas isoformas, β-actina y γ-actina, estén codificadas por genes diferentes, pero terminan pareciéndose muy similares.

Divulguemos la conclusión en el título del artículo: «Diversas funciones de las isoformas de actina homóloga se definen por su nucleótido, en lugar de su secuencia de aminoácidos». ¿Oyes que viene la palabra «código»? ¿Qué tal «código silencioso»?

Aquí probamos la hipótesis de que las funciones de actina-β y actina-γ se definen por su nucleótido, en lugar de su secuencia de aminoácidos, utilizando la edición dirigida del genoma del ratón. Aunque estudios previos han demostrado que la alteración del gen de la actina-β impacta críticamente la migración celular y la embriogénesis de ratón, demostramos aquí que la generación de un ratón que carece de proteína actina-β modificando el gen de la actina-β para codificar la proteína actina-γ, y viceversa, no afecta la migración celular y / o la supervivencia del organismo. Nuestros datos sugieren que la función esencial in vivo de la actina-β es proporcionada por la secuencia del gen independiente de la isoforma de la proteína codificada. Proponemos que esta regulación constituye un mecanismo global de «código silencioso» que controla la diversidad funcional de las isoformas de proteínas. [Énfasis añadido.]

Una buena experimentación controlada, utilizando la herramienta de edición CRISPR [en inglés: clustered regularly interspaced short palindromic repeats, en español repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y regularmente interespaciadas], mostró que al editar el gen para una forma se producían copias de trabajo de la otra forma. Los ratones que tenían genes defectuosos para la actina-γ podrían ser rescatados editando el gen de la actina-β para producir actina-γ. Todo lo que tuvieron que hacer fue editar cinco nucleótidos para producir ratones sanos sin actina-β en absoluto, a pesar de que los experimentos previos demostraron que los ratones sin el gen de la actina-β mueren temprano en el desarrollo. ¿Cómo podría ser esto?

Experimentos adicionales sugirieron que no es la secuencia de aminoácidos resultante la que determina la función, sino sustituciones «silenciosas» en el gen. Algo en el gen de la actina-β estaba regulando el resultado de una manera diferente, a pesar de que solo generaba actina-γ. La isoforma de la actina-γ se dirigió hacia donde normalmente iba la actina-β, y realizó su función como si fuera actina-β.

Los investigadores observan que las diferentes isoformas de actina pueden tener densidades de ribosomas muy diferentes, que difieren hasta en un millar. En el citoplasma, algunas isoformas pueden compensar otras. Esta disposición proporciona flexibilidad a la célula en la mayoría de los casos:

Estos resultados sugieren que la isoforma de actina con una densidad similar de ribosomas puede compensar plausiblemente la pérdida de una de las isoformas. De acuerdo, dados los órdenes de diferencia de magnitud en la densidad de ribosomas entre actina-β y otras isoformas de actina, ninguna de las otras isoformas de actina puede compensar la pérdida de actina-β. Proponemos que los cambios en la densidad de ribosomas que surgen de sustituciones silenciosas en la secuencia de nucleótidos, afectan la dinámica de la traducción y las tasas de acumulación de proteínas, que a su vez regulan la diversidad funcional de las actinas.

Los autores sienten que este tipo de «código silencioso» también puede estar funcionando en otras familias de proteínas. La palabra «código» es omnipresente a lo largo de este documento. En otro caso, describen la orientación de una isoforma de actina a la periferia de la célula mediante lo que denominan «transporte mediado por código postal». Tienen más que decir sobre codificación que de evolución, de hecho, excepto en un párrafo donde invocan la excusa darwiniana común, es decir, que un gen esencial tiende a conservarse contra la alteración:

A pesar del hecho de que los genes de la isoforma de actina no muscular han divergido evolutivamente> 100 millones de años atrás, han retenido una conservación de secuencia notable, mucho más alta de lo que se esperaría si las sustituciones sinónimos en su secuencia de codificación fueran completamente aleatorizadas (Erba y otros, 1986). Esto es consistente con nuestra idea de que la secuencia de codificación de la isoforma de actina existe bajo presión evolutiva adicional, además de la conservación de la secuencia de aminoácidos. Proponemos que al menos parte de esta presión está dirigida a mantener la dinámica de traducción divergente dentro de la familia de la actina, con el fin de impulsar sus funciones divergentes.

Parece, sin embargo, que la investigación del diseño inteligente podría ser más productiva en los estudios de seguimiento. Llegan a la siguiente conclusión: «Un análisis sistemático adicional de los eliminación de isoformas homólogas permitiría establecer la universalidad del ‘código silencioso'».

Materia Oscura En Tu Cerebro

Un término más apropiado para «ADN basura» podría ser «materia oscura», secuencias que todavía no se comprenden. Nature News ilustra un buen uso de esta metáfora en un artículo: «la’Materia Oscura’ el ADN influye en el desarrollo cerebral». Amy Maxmen escribe: «Los investigadores finalmente están descifrando el propósito detrás de algunas secuencias del genoma que son casi idénticas en los vertebrados».

Un enigma planteado por segmentos de «materia oscura» en los genomas, largas y serpenteantes hebras de ADN sin funciones obvias, ha provocado el interés de los científicos durante más de una década. Ahora, un equipo finalmente ha resuelto el enigma.

El enigma se ha centrado en las secuencias de ADN que no codifican proteínas y, sin embargo, siguen siendo idénticas en una amplia gama de animales. Al eliminar algunos de estos «elementos ultraconservados», los investigadores descubrieron que estas secuencias guían el desarrollo del cerebro ajustando la expresión de los genes que codifican proteínas.

No hay razón para sospechar que alguno de los héroes de este artículo ponga en duda la teoría evolutiva. Pero un investigador principal de un nuevo documento hizo lo que un buen científico de diseño haría: seguir buscando la función hasta que la encuentre.

Los resultados, publicados el 18 de enero en Cell, validan las hipótesis de científicos que han especulado que todos los elementos ultraconservados son vitales para la vida, a pesar de que los investigadores sabían muy poco sobre sus funciones.

«La gente nos dijo que deberíamos haber esperado para publicar hasta que supiéramos lo que hacían. Ahora estoy como, tío, tomó 14 años resolver esto«, dice Gill Bejerano, un genomista de la Universidad de Stanford en California, quien describió elementos ultraconservados en 2004.

Lo que encontraron es lo opuesto a las expectativas evolutivas, a pesar de que el artículo asume la evolución:

Bejerano y sus colegas originalmente notaron elementos ultraconservados cuando compararon el genoma humano con los de ratones, ratas y pollos, y encontraron 481 tramos de ADN que eran increíblemente similares en toda la especie. Eso fue sorprendente, porque el ADN muta de generación en generación, y estos linajes animales han evolucionado de forma independiente durante más de 200 millones de años.

Los genes que codifican proteínas tienden a tener relativamente pocas mutaciones porque si esos cambios interrumpen la proteína correspondiente y el animal muere antes de reproducirse, el gen mutado no se transmite a la descendencia. Sobre la base de esta lógica, algunos genomicistas sospechaban que la selección natural había descartado las mutaciones en regiones ultraconservadas. Aunque las secuencias no codifican proteínas, pensaron, sus funciones deben ser tan vitales que no toleren la imperfección.

Debes preguntarte qué función tuvo la evolución darwiniana en esta investigación. Las expectativas eran erróneas, los resultados fueron sorprendentes y el equipo encontró más diseño del que se conocía anteriormente, hasta el punto de implicar la perfección. La única conversación de evolución suena como una glosa después de los hechos para evitar que la narrativa preferida sea falsada.

Imagen: Filamentos de Actin, por Howard Vindin (Trabajo propio) [CC BY-SA 4.0], a través de Wikimedia Commons.

Artículo publicado originalmente por Evolution News