Traducido del inglés al español - www.onlinedoctranslator.com Regulación genética en transición Un análisis en profundidad de un pariente cercano de los animales, Capsaspora owczarzaki, proporciona pistas sobre los cambios en la regulación genética que se produjeron durante la transición a la multicelularidad. DAV IDS. BO OT H & NICOLEKING El origen de todos los animales, desde los humanos hasta las esponjas y las medusas, se remonta a un evento importante en la historia de la evolución: la transición a la multicelularidad. Sin duda, esta transición fue determinada por cambios ambientales, como el aumento de los niveles de oxígeno, y la evolución de células que podrían engullir otras células más pequeñas1. Sin embargo, para comprender completamente qué impulsó este evento seminal, debemos mirar el genoma. Escribiendo enCelda, Sebé-Pedrós et al.2 informan sobre una investigación de la regulación genética en un primo microscópico de animales, Capsaspora owczarzaki. El estudio indica que Capsaspora representa un estado de transición en la evolución de los mecanismos reguladores de genes y proporciona una base para investigar cómo dichos mecanismos podrían haber contribuido a los orígenes de los animales. Hace más de 600 millones de años, una serie de innovaciones genéticas permitieron a los progenitores de animales explotar nichos ambientales emergentes en un planeta cambiante3. Estos progenitores no se pueden estudiar directamente, entonces, ¿cómo podemos identificar las innovaciones genéticas que más importan para los orígenes animales? La mayoría de los conocimientos sobre los genomas pre-animales provienen de comparaciones de animales existentes y sus parientes cercanos, coanoflagelados yCapsaspora (Figura 1). Contrariamente a lo esperado, estos estudios revelaron que gran parte del conjunto de herramientas de genética animal (incluidos los genes que codifican proteínas de adhesión celular como las integrinas y cadherinas, y los de proteínas de señalización vitales como las tirosina quinasas receptoras) también se expresa enCapsaspora y coanoflagelados4, lo que indica que muchos genes 'animales' son anteriores a los orígenes animales. Por supuesto, los animales son más que la suma de sus genes: es la expresión regulada de genes en el espacio y el tiempo lo que ayuda a diferenciar el huevo del embrión, la pierna del ala o el murciélago de la mosca. En plantas y hongos, así como en animales, los factores de transcripción impulsan la síntesis de ARN mensajero al interactuar con regiones reguladoras llamadas promotores que se encuentran cerca de sus genes diana. Control proximal de la transcripción es claramente anterior a los orígenes animales y probablemente sea vital para toda la vida celular. Por el contrario, la regulación transcripcional de largo alcance por secuencias de ADN llamadas potenciadores, que pueden estar a más de 10 kilobases de los genes que regulan, hasta ahora solo se ha visto en animales. Se ha planteado la hipótesis de que dicha regulación subyace a la coordinación espacial y temporal de la diferenciación celular que define el desarrollo animal5. Pero no está claro si los potenciadores de largo alcance están realmente restringidos a los animales, porque a menudo están integrados en intrincadas redes transcripcionales y pueden ser difíciles de detectar. Para investigar cómo diferentes modos de regulación transcripcional pueden haber sentado las bases para los orígenes animales, Sebé-Pedrós et al. enfoques establecidos para la genómica funcional en Capsaspora (la genómica funcional investiga cómo las interacciones dinámicas entre proteínas, ARN y el genoma se correlacionan con la expresión génica). A pesar de que Capsaspora es un organismo no modelo, ofrece varios beneficios para tal estudio: se cultiva fácilmente en el laboratorio; transiciones entre formas unicelulares y multicelulares agregantes; y su genoma codifica muchos factores de transcripción que se conservan evolutivamente en animales6. Los autores informan que, a pesar de su relativa simplicidad, Capsaspora expresa dos factores de transcripción que son parte integral del desarrollo animal: Myc y Brachyury. En los animales, Myc actúa como un regulador maestro de la proliferación celular. Brachyury controla un proceso de desarrollo clave llamado gastrulación: esto produce las tres capas celulares principales del cuerpo, y la proteína posteriormente media la diferenciación de una de estas capas, el mesodermo. En los animales, tanto Myc como Brachyury funcionan uniéndose a potenciadores para regular la transcripción de una red de genes posteriores7,8. Sorprendentemente, Sebé-Pedróset al. encontró que estas redes de genes aguas abajo se conservan en animales yCapsaspora. Dado que la proliferación celular es una característica compartida de Capsaspora y animales, la conservación de la red reguladora Myc en los dos linajes puede no ser sorprendente. Pero es sorprendente que Brachyury parezca regular los mismos tipos de genes en animales yCapsaspora, a pesar de que Capsaspora ni gastrula ni produce mesodermo. Así como los genes que los animales usan para la adhesión celular y la señalización evolucionaron en los progenitores de los animales antes de ser cooptados para diferentes funciones en un contexto multicelular, ahora parece que algunas redes reguladoras de genes son anteriores a los orígenes de los animales y fueron reclutadas al por mayor para el desarrollo. regulación de nuevos procesos de desarrollo. Sin embargo, la cooptación no es toda la historia. Las innovaciones a nivel de genes (como la que codifica la proteína de señalización específica de animales Wnt) y la regulación de genes (como las secuencias potenciadoras) también podrían haber contribuido a los orígenes de los animales. En contraste con el ADN intergénico expansivo y los potenciadores de largo alcance que se encuentran en la mayoría de los genomas animales, elCapsapsora el genoma es compacto. A pesar de buscar firmas de regulación transcripcional de largo alcance en varias etapas de Capsasporaciclo de vida, Sebé-Pedrós et al. ninguno identificado. A pesar de buscar firmas de regulación transcripcional de largo alcance en varias etapas de Capsasporaciclo de vida, Sebé-Pedrós et al. ninguno identificado. Los animales también parecen haber desarrollado nuevas clases de promotores. Se han identificado tres tipos de promotores animales9: los promotores de tipo I y de tipo III regulan genes que actúan durante distintas etapas del desarrollo, mientras que los promotores de tipo II dirigen la expresión génica ubicua. Sebé-Pedrós y sus colegas detectaron promotores de tipo II enCapsaspora, pero no los tipos I o III. Por lo tanto, los promotores de tipo I y III podrían ser innovaciones animales. Será emocionante explorar lo que estos hallazgos significan para los orígenes de los animales y la evolución temprana. Las investigaciones futuras sobre los paisajes reguladores de genes hasta ahora no caracterizados de esponjas, jaleas de peine (ctenóforos) y coanoflagelados prometen ayudar a determinar cómo y cuándo evolucionaron por primera vez los potenciadores de largo alcance y los promotores de tipo I y III. Sin embargo, la distancia evolutiva entre estos organismos y los animales modelo que forman la base de nuestra comprensión de la regulación de genes animales puede hacer que los mecanismos moleculares conservados sean irreconocibles mediante enfoques genómicos funcionales. Además, otros mecanismos reguladores de genes evolutivamente importantes pueden permanecer sin descubrir enCapsaspora, coanoflagelados y animales que se ramificaron temprano en la evolución de los animales. Figura 1 | Evolución de los mecanismos reguladores de genes. Sebé-Pedróset al.2 informan que dos factores de transcripción, Myc y Brachyury, controlan conjuntos similares de genes en animales y en un pariente cercano, Capsaspora owczarzaki. Esto indica que las redes reguladoras de genes clave evolucionaron antes del origen de los animales (indicado por la línea azul) y luego fueron cooptadas para el desarrollo animal. Por el contrario, los elementos reguladores de genes de largo alcance llamados potenciadores no se encuentran enCapsaspora, pero se han encontrado en Nematostella, un animal que se ramificó temprano en la historia evolutiva. Por lo tanto, los potenciadores pueden ser específicos de animales (la ventana de tiempo durante la cual podría haber ocurrido la evolución de la regulación génica de largo alcance se indica en rojo). Una comprensión completa de cómo evolucionó el paisaje regulador de genes animales requerirá análisis de otros animales de ramificación temprana, como esponjas yCtenophora (medusas de peine), y otros parientes cercanos de los animales, como Choanoflagelados, en el que aún no se ha estudiado la regulación génica (marcado con *). INVESTIGAR NOTICIAS Y VISITAS La reconstrucción completa de la regulación genética en los progenitores de animales requerirá estudios en diversos parientes, integrando la genómica funcional moderna con la genética directa e inversa, que revelan respectivamente los genes responsables de un rasgo particular y los cambios provocados por la interrupción de la función de un gen en particular. . Afortunadamente, armado con los conocimientos de genómica funcional de este estudio y el establecimiento de genética avanzada en coanoflagelados10, este objetivo puede lograrse en un futuro no muy lejano.■ David S. Booth y Nicole King están en el Instituto Médico Howard Hughes y en el Departamento de Biología Molecular y Celular de la Universidad de California, Berkeley, Berkeley, California 94720-3200, EE. UU. correos electrónicos: [email protected] ; [email protected] 1. Knoll, AH Annu. Rev. Planeta Tierra. Sci.39, 217–239 (2011). 2. Sebé-Pedrós, A. et al. Celda165, 1224-1237 (2016). 3. Erwin, DH Biol. J. Linn. Soc.50, 255-274 (1993). 4. Richter, DJ y King, N. Annu. Rev. Genet.47, 509–537 (2013). 5. Levine, M., Cattoglio, C. y Tjian, R. Celda 157, 13-25 (2014). 6. Sebé-Pedrós, A. et al. eLife2, e01287 (2013). 7. Lolas, M., Valenzuela, PDT, Tjian, R. y Liu. Z.Proc. Natl Acad. Sci. Estados Unidos111, 4478–4483 (2014). 8. Hurlin, PJ Arb de resorte frío. Perspect. Medicina.3, a014332 (2013). 9. Lenhard, B., Sandelin, A. y Carninci, P. Nature Rev. Genet. 13, 233–245 (2012). 10. Levin, TC, Greaney, AJ, Wetzel, L. y King, N. eLife 3, e04070 (2014). 2
