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Sin embargo, a lo largo de varios años, Yukiko Yamashita, miembro del Instituto Whitehead, y sus colegas han defendido que el ADN satélite no es basura, sino que tiene una función esencial en la célula: trabaja con las proteínas celulares para mantener todos los cromosomas individuales de una célula juntos en un solo núcleo.
Ahora, en la última entrega de su trabajo, publicada en línea el 24 de julio en la revista Molecular Biology and Evolution, Yamashita y el antiguo becario postdoctoral Madhav Jagannathan, actualmente profesor adjunto en la ETH de Zúrich (Suiza), llevan estos estudios un paso más allá, proponiendo que el sistema de organización cromosómica que posibilita el ADN satélite es una de las razones por las que los organismos de diferentes especies no pueden producir descendencia viable.
"Hace siete u ocho años, cuando decidimos que queríamos estudiar el ADN satélite, no teníamos ningún plan para estudiar la evolución", dijo Yamashita, que también es profesor de biología en el Instituto Tecnológico de Massachusetts e investigador del Instituto Médico Howard Hughes. "Esta es una parte muy divertida de hacer ciencia: cuando no tienes una idea preconcebida y simplemente sigues la pista hasta que te topas con algo completamente inesperado".
El origen de las especies: Edición del ADN
Los investigadores saben desde hace años que el ADN satélite es muy variable entre especies. "Si se observa el genoma del chimpancé y el genoma humano, las regiones de codificación de proteínas son como un 98%, 99% idénticas", dice. "Pero la parte del ADN basura es muy, muy diferente".
"Se trata de las secuencias que evolucionan más rápidamente en el genoma, pero la perspectiva anterior ha sido: 'Bueno, son secuencias basura, ¿a quién le importa que su basura sea diferente a la mía?", dice Jagannathan.
Pero mientras investigaban la importancia del ADN satélite para la fertilidad y la supervivencia en especies puras, Yamashita y Jagannathan tuvieron su primer indicio de que estas secuencias repetitivas podrían desempeñar un papel en la especiación.
Cuando los investigadores suprimieron una proteína llamada Prod que se une a una secuencia específica de ADN satélite en la mosca de la fruta Drosophila melanogaster, los cromosomas de las moscas se dispersaron fuera del núcleo formando diminutos grumos de material celular llamados micronúcleos, y las moscas murieron. "Pero en ese momento nos dimos cuenta de que este [trozo de] ADN satélite que estaba unido a la proteína Prod faltaba por completo en los parientes más cercanos de Drosophila melanogaster", dijo Jagannathan. "No existe en absoluto. Así que es un pequeño e interesante problema".
Si ese trozo de ADN satélite era esencial para la supervivencia en una especie pero faltaba en otra, podría implicar que las dos especies de moscas habían evolucionado con el tiempo diferentes secuencias de ADN satélite para la misma función. Y puesto que el ADN satélite desempeña un papel en el mantenimiento de todos los cromosomas juntos, Yamashita y Jagannathan se preguntaron si estas diferencias evolucionadas podrían ser una de las razones por las que las distintas especies son incompatibles desde el punto de vista reproductivo.
"Cuando nos dimos cuenta de la función [del ADN satélite en la célula], el hecho de que el ADN satélite sea bastante diferente entre las especies cayó como un rayo", dijo Yamashita. "De repente, se convirtió en una investigación completamente diferente".
Una historia de dos especies de moscas de la fruta
Para estudiar cómo las diferencias en el ADN de los satélites podrían subyacer a la incompatibilidad reproductiva, los investigadores decidieron centrarse en dos ramas del árbol genealógico de la mosca de la fruta: el modelo clásico de laboratorio Drosophila melanogaster, y su pariente más cercano, Drosophila simulans. Estas dos especies divergieron entre sí hace dos o tres millones de años.
Los investigadores pueden cruzar una hembra de Drosophila melanogaster con un macho de Drosophila simulans, "pero [el cruce] genera una descendencia muy infeliz", dijo Yamashita. "O son estériles o mueren".
Yamashita y Jagannathan criaron las moscas juntas y luego estudiaron los tejidos de la descendencia para ver qué llevaba a estos híbridos "infelices" a caer como moscas. Enseguida notaron algo interesante: "Cuando observamos esos tejidos híbridos, quedó muy claro que su fenotipo era exactamente el mismo que si se hubiera interrumpido el ADN satélite [-organización cromosómica mediada] de una especie pura", dijo Yamashita. "Los cromosomas estaban dispersos y no encapsulados en un solo núcleo".
Además, los investigadores pudieron crear una mosca híbrida sana mutando ciertos genes de las moscas progenitoras llamados "genes de incompatibilidad híbrida", que se ha demostrado que se localizan en el ADN satélite de las células de las especies puras. Mediante estos experimentos, los investigadores pudieron demostrar cómo estos genes afectan al empaquetamiento cromosómico en los híbridos, y precisar por primera vez los fenotipos celulares asociados a ellos. "Para mí, ésta es probablemente la parte más importante de este trabajo", dijo Jagannathan.
En conjunto, estos hallazgos sugieren que, dado que el ADN satélite muta con relativa frecuencia, las proteínas que lo unen y mantienen unidos los cromosomas deben evolucionar para seguir el ritmo, lo que lleva a cada especie a desarrollar su propia "estrategia" para trabajar con el ADN satélite. Cuando dos organismos con estrategias diferentes se cruzan, se produce un choque que hace que los cromosomas se dispersen fuera del núcleo.
En futuros estudios, Yamashita y Jagannathan esperan poner su modelo a prueba: si consiguen diseñar una proteína que pueda unir el ADN satélite de dos especies diferentes y mantener los cromosomas unidos, podrían teóricamente "rescatar" a un híbrido condenado, permitiéndole sobrevivir y producir una descendencia viable.
Esta hazaña de la bioingeniería está probablemente a años vista. "Ahora mismo es algo puramente conceptual", dijo Yamashita. "Al hacer estos retoques, probablemente habrá que resolver muchos detalles específicos".
Por ahora, los investigadores planean seguir investigando las funciones del ADN satélite en la célula, armados con sus nuevos conocimientos sobre el papel que desempeña en la especiación. "Para mí, la parte sorprendente de este trabajo es que nuestra hipótesis era correcta", dijo Jagannathan. "Quiero decir que, en retrospectiva, hay tantas formas en las que las cosas podrían haber sido inconsistentes con lo que hipotetizamos, así que es algo sorprendente que hayamos podido trazar un camino claro de principio a fin".
Fuentes, créditos y referencias:
"Defective Satellite DNA Clustering into Chromocenters Underlies Hybrid Incompatibility in Drosophila" by Madhav Jagannathan and Yukiko M Yamashita, 24 July 2021, Molecular Biology and Evolution.
Imagen: Crédito MIT