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10 de agosto de 2001
Mirando de cerca los “agujeros negros” del genoma
Los centrómeros de los cromosomas —considerados por
algunos el equivalente genómico de los agujeros negros—
pueden tener las respuestas a muchos interrogantes científicos,
según dice el investigador del Instituto Médico Howard
Hughes, Steven
Henikoff. Por ejemplo, los estudios del centrómero pueden
ayudar a entender la paradoja de que aunque el ADN centromérico
evoluciona con una rapidez extraordinaria, sigue siendo lo
suficientemente estable para realizar su tarea durante la
división celular.
En un artículo de revisión publicado en el
número del 10 de agosto de 2001, de la revista Science,
Henikoff y sus colegas Kami Ahmad y Harmit S. Malik del Fred Hutchinson
Cancer Research Center teorizan que la rápida evolución
del ADN centromérico puede proporcionar un mecanismo por el cual
las especies que recién evolucionan se hacen incompatibles
genéticamente unas con otras de forma rápida.
“La metodología actual, en realidad, no permite secuenciar el ADN centromérico. De modo que nadie ha secuenciado los centrómeros del genoma humano, del genoma de mosca o el de ningún otro organismo complejo. Siguen siendo grandes agujeros negros de millones de bases de longitud, presentes en cada cromosoma”.
Steven Henikoff
Cada cromosoma posee un centrómero, que es el sitio en el
cual se unen las cromátidas hermanas. Durante la mitosis y la
meiosis, el par de cromátidas se separa, y el centrómero
es el punto de unión de las fibras del huso, que tiran de cada
cromosoma hacia los polos opuestos de la célula en
división. “A pesar de que el centrómero es un locus
en el cromosoma, es distinto a un gen, porque es un locus sobre el cual
actúa el aparato de división celular”, dijo
Henikoff.
Y a diferencia de los genes, que son fáciles de mapear y
secuenciar, estudiar la estructura genética del
centrómero ha resultado ser un callejón sin salida,
debido a la estructura inusual del centrómero. “El
centrómero ha permanecido enigmático desde que se
descubrió que el ADN centromérico es altamente
repetitivo”, dijo Henikoff. “La metodología actual,
en realidad, no permite secuenciar el ADN centromérico. De modo
que nadie ha secuenciado los centrómeros del genoma humano, del
genoma de mosca o el de ningún otro organismo complejo. Siguen
siendo grandes agujeros negros de millones de bases de longitud,
presentes en cada cromosoma”.
La amplia variabilidad del ADN centromérico a lo largo de las
diferentes especies ha hecho que algunos investigadores le resten
importancia. Según Henikoff, el centrómero no debiera ser
descartado tan fácilmente. “Algunos creen que la secuencia
de ADN centromérico no es tan importante, dado que no se
conserva a lo largo de la evolución”, dijo Henikoff.
“Esa falta de conservación nos ha llevado a la paradoja
del centrómero, en la que la herencia estable tiene lugar a
pesar de la rápida evolución del ADN. Normalmente, se
esperaría que los elementos de la maquinaria de
segregación mitótica estén altamente conservados,
al igual que otras máquinas celulares esenciales, tales como los
ribosomas. Pero el interrogante central del ADN centromérico es
por qué no ha encontrado una determinada secuencia óptima
y se ha quedado con ella”.
Una clave de la herencia estable del centrómero se
podría encontrar en las proteínas llamadas histonas, a
las que todo el ADN del núcleo se debe asociar para que
éste forme las estructuras tipo rosario, llamadas nucleosomas,
que unen al ADN formando paquetes compactos. En el artículo de
Science, Henikoff y sus colegas sugieren que la singularidad de la
histona H3 del centrómero puede brindar a los investigadores
información interesante sobre la evolución.
“A pesar que las histonas son cruciales, se piensa que son
aburridas, dado que están altamente conservadas”, dijo
Henikoff. “Dado que las histonas deben interaccionar de forma
confiable con el genoma entero, hay pocas diferencias entre los
aminoácidos de estas proteínas vegetales y
animales”. Las histonas centroméricas, sin embargo, han
evolucionado de tal forma que son extremadamente diferentes en los
distintos organismos.
“La idea que exploramos en la revisión de
Science es que la histona centromérica y el ADN
centromérico evolucionan rápidamente, pero de a pasos,
dado que la histona debe interaccionar con el ADN
centromérico”, dijo Henikoff.
“El análisis de las histonas centroméricas ha
revelado que estas parecen adaptarse constantemente a los cambios en el
ADN centromérico. Estos cambios evolutivos ocurren en las partes
de la histona que interaccionan con el ADN”, dice Henikoff,
“por lo que esto revela que la interacción con el ADN es
lo que conduce la evolución de la proteína”.
Henikoff y sus colegas teorizan que esta evolución continua
está siendo conducida por un tipo de competencia entre el ADN
centromérico, que ocurre en los óvulo durante la meiosis.
Tres de los cuatro productos de la meiosis se desechan, y sólo
uno sobrevive para convertirse en el núcleo del oocito. Los
centrómeros “ganadores” son aquellos cuyos
cromosomas pueden presentar aunque sea una leve ventaja en su
orientación durante la meiosis, dijo Henikoff.
“Los que es importante sobre este proceso competitivo entre
los centrómeros, es que el mismo puede dar lugar a la
fijación de los centrómeros ganadores. Este proceso puede
ser deletéreo para el genoma del huésped, así que
las histonas centroméricas evolucionarían para restaurar
la paridad entre los centrómeros competidores”, dijo
Henikoff. El juntar centrómeros e histonas incompatibles en
híbridos llevaría a la esterilidad o inviabilidad.
“El entender las bases de la esterilidad cuando se cruzan las
especies ha sido un problema evolutivo enorme desde los tiempos de
Darwin”, dijo. “La rápida evolución del ADN
centromérico y de las histonas, y su incompatibilidad con las
contrapartes en otras especies puede explicar este fenómeno.
Podemos probar estas ideas analizando las histonas centroméricas
en las especies emergentes”.
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