Investigadores de la Universidad de Toronto (Canadá) han descubierto que un solo evento molecular en las células –un pequeño cambio en una proteína llamada PTBP1– podría ser la clave de cómo los humanos han evolucionado para convertirse en el animal más inteligente del planeta.
Imagen a escala del cerebro de una rana y de un cerebro humano. / Jovana Drinjakovic
Los seres humanos y las ranas utilizan un repertorio de genes notablemente similares para construir órganos en el cuerpo
El tamaño del cerebro y su complejidad varía enormemente entre los vertebrados, pero no está claro cómo surgieron estas diferencias.
Benjamin Blencowe, profesor del Centro Donnelly de la Universidad de Toronto, y su equipo han descubierto cómo un pequeño cambio en una proteína llamada PTBP1 puede estimular la creación de neuronas y determinar la evolución del cerebro de los mamíferos, hasta haberse convertido en los más grandes y más complejos entre los vertebrados. El artículo se publica en la revista Science.
Los seres humanos y las ranas, por ejemplo, han evolucionado por separado durante 350 millones de años y tienen habilidades cerebrales muy diferentes. Sin embargo, los científicos han demostrado que utilizan un repertorio de genes notablemente similares para construir órganos en el cuerpo.
Entonces, ¿cómo un número similar de genes, que se conecta o desconecta de manera similar en diversas especies de vertebrados, genera órganos con tamaños y complejidad tan diversa?
La clave radica, según el grupo de expertos, en el proceso conocido como empalme alternativo (AS, por sus siglas en inglés), por el que los productos génicos se ensamblan en proteínas, que son los componentes básicos de la vida.
El empalme alternativo permite a las células generar más de una proteína a partir de un único gen
El juego de LEGO de las proteínas en nuestro cerebro
Durante el AS, los fragmentos de genes –llamado exones– se entremezclan para crear diferentes formas de proteínas. Es como un LEGO, donde pueden faltar algunos fragmentos en la forma final de la proteína.
El AS permite a las células generar más de una proteína a partir de un único gen, de modo que el número total de proteínas diferentes en una célula supera en gran medida el número de genes disponibles. La capacidad de una célula para regular la diversidad de proteínas en un momento dado refleja su capacidad de asumir diferentes roles en el cuerpo.
Un trabajo previo de Blencowe y su equipo mostró que la prevalencia de AS aumenta con la complejidad de los vertebrados. Por lo tanto, aunque los genes en los cuerpos de los vertebrados pueden ser similares, las proteínas son mucho más diversas en animales como mamíferos, que en aves y ranas. Además, en ninguna parte el AS está tan extendido como en el cerebro.
“Queríamos ver si AS podía transferir diferencias morfológicas en el cerebro de las diferentes especies de vertebrados”, dice Serge Gueroussov, estudiante graduado en el laboratorio de Blencowe y autor principal del estudio.
Los mamíferos tienen la PTBP1 más corta
El científico mostró que en las células de los mamíferos, la presencia de la versión más corta de PTBP1 desencadena una cascada de eventos AS
Gueroussov ayudó previamente a identificar PTBP1 como una proteína que toma una forma distinta en los mamíferos, además de ser común a todos los vertebrados. Esta segunda forma de PTBP1 de los mamíferos es más corta.
El científico mostró que en las células de los mamíferos, la presencia de la versión más corta de PTBP1 desencadena una cascada de eventos AS, inclinando la balanza del equilibrio proteico de modo que una célula se convierte en una neurona.
Además, cuando Gueroussov diseñó células de pollo con la versión corta de la proteína PTBP1, desencadenó eventos AS propios de los mamíferos.
“Una implicación interesante de nuestro trabajo es que este cambio en particular entre las dos versiones de PTBP1 podría haber afectado al tiempo en el que las neuronas se generan en el embrión, de manera que se crean diferencias en la complejidad morfológica y en el tamaño del cerebro”, concluye Blencowe.
Referencia bibliográfica:
Serge Gueroussov et al. “An alternative splicing event amplifies evolutionary differences between vertebrates”Science 20 de agosto de 2015
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