Obtienen las primeras secuencias cromosómicas completas de primates no humanos

Un equipo de investigadores financiado por los Institutos Nacionales de Salud de EE UU (NIH) ha generado las primeras secuencias cromosómicas completas de seis primates no humanos: chimpancé, bonobo, gorila, orangután de Borneo y orangután de Sumatra, así como un simio menor, el siamang y generaron secuencias para un individuo de cada especie.

El estudio, que publica la revista Nature, apunta a una gran variación entre los cromosomas Y de diferentes especies, mostrando una rápida evolución. Asimismo, revela regiones no estudiadas previamente de los genomas de los grandes simios.

“A pesar de toda esta variación, el cromosoma Y sigue estando vivo y aparentemente funcionando bien en las especies estudiadas. Contiene varios genes importantes para la espermatogénesis. Con el fin de sobrevivir en ausencia de recombinación con otros cromosomas, el cromosoma Y ha evolucionado para recombinar consigo mismo en ciertas regiones, formando palíndromos, que son repeticiones invertidas en las que una secuencia puede recombinarse con otra”, dice a SINC Kateryna Makova de la Universidad Estatal de Pensilvania, que lidera el equipo.

Con el fin de sobrevivir en ausencia de recombinación con otros cromosomas, el cromosoma Y ha evolucionado para recombinar consigo mismo en ciertas regiones, formando palíndromos

Kateryna Makova de la Universidad Estatal de Pensilvania (EE UU)

Dado que estas especies de primates son los parientes vivos más cercanos a los humanos, las nuevas secuencias también proporcionan información sobre la evolución en nuestra especie.

En este estudio descubrieron que algunas secuencias satélite pueden formar estructuras de ADN inusuales y esto podría contribuir a su funcionalidad. “Ahora tenemos las secuencias completas de los satélites presentes en los cromosomas sexuales de los simios estudiados, y se espera que esto impulse estudios posteriores sobre su función”, argumenta la científica.

En esta investigación internacional se han detectado cambios extremadamente rápidos en el cromosoma Y entre las especies de simios. Esta información proporciona nuevos conocimientos sobre los cromosomas sexuales y enfermedades relacionadas con los genes de estos cromosomas, tanto en simios como en humanos.

Se han detectado cambios extremadamente rápidos en el cromosoma Y entre las especies de simios

Según la científica, la disponibilidad de sus secuencias completas de cromosomas sexuales facilitará también los estudios de su dispersión específica por sexo en la naturaleza y de los genes que son importantes para la reproducción y la fertilidad. Hasta ahora, las secuencias de cromosomas sexuales de estas especies estaban incompletas o, en el caso del orangután y el siamang de Borneo, no existían.

La evolución de los cromosomas sexuales

Los cromosomas sexuales de los simios (X e Y) evolucionaron a partir de un par de cromosomas ordinarios (no sexuales). El cromosoma Y es importante para la fertilidad, y el X alberga genes críticos para la reproducción, la cognición y la inmunidad.

Asimismo, el cromosoma X sigue recombinándose en las hembras, lo que permite rescatar genes mutados y eliminar elementos transponibles (repeticiones) utilizando la segunda copia intacta del cromosoma como plantilla.

Todavía no sabemos si esta variación en las longitudes se debe completamente al azar y es neutral, o si parte de ella puede estar sujeta a selección natural

Kateryna Makova

Por su parte, el cromosoma Y adquirió un gen determinante del sexo, SRY, y experimentó varias inversiones que impidieron su recombinación con el cromosoma X en la mayor parte de su longitud. “Esta falta de recombinación resultó en la acumulación de elementos transponibles, variantes estructurales y muchos otros tipos de mutaciones (incluyendo inserciones y deleciones) en el cromosoma Y, lo que llevó a una gran variación entre los cromosomas Y de las especies de simios”, explica la investigadora.

Este cromosoma demostró ser mucho más variable que el X en muchas de sus características. De hecho, varía en tamaño desde 154 millones de letras del alfabeto ACTG (que representan los nucleótidos que componen el ADN) en chimpancés y humanos, y hasta 178 millones de letras en gorilas. En el siamang y en el orangután de Sumatra, el cromosoma Y oscila entre 30 millones de letras de ADN y 68 millones de letras, respectivamente.

La secuenciación del cromosoma Y ha sido un desafío porque contiene muchas regiones repetitivas y, debido a que la tecnología tradicional de secuenciación era de lectura corta

Karol Pál, investigador en la misma institució

“Las diferencias en las longitudes de los cromosomas, particularmente para el cromosoma Y, se deben a la diferente acumulación de repeticiones, satélites y diferentes longitudes de regiones amplicónicas altamente repetitivas que contienen segmentos de nucleótidos. Todavía no sabemos si esta variación en las longitudes se debe completamente al azar y es neutral, o si parte de ella puede estar sujeta a selección natural”, indica Makova.

Karol Pál, investigador en la misma institución, añade: “La secuenciación del cromosoma Y ha sido un desafío porque contiene muchas regiones repetitivas y, debido a que la tecnología tradicional de secuenciación de lectura corta, esta decodificaba secuencias en ráfagas cortas, por lo que era difícil poner los segmentos resultantes en el orden correcto”. Los métodos actuales T2T, o de telómero a telómero, utilizan tecnologías de secuenciación de lectura larga que superan este desafío

Estrategias para sobrevivir

Los científicos encontraron que muchos genes del cromosoma Y parecen utilizar dos métodos para asegurar su supervivencia. El primero se basa en la redundancia genética, es decir, la presencia de múltiples copias del mismo gen en un cromosoma, lo que permite que las copias intactas compensen a aquellas que puedan sufrir mutaciones. El equipo logró cuantificar esta redundancia genética, completando por primera vez el mapa de familias de genes con múltiples copias en los cromosomas sexuales de los simios.

La segunda estrategia de supervivencia se aprovecha de los palíndromos, donde una secuencia de ADN se repite en forma invertida, por ejemplo ACTG-GTCA. Los genes ubicados dentro de un palíndromo pueden corregir mutaciones gracias a esta estructura.

La poderosa combinación de técnicas bioinformáticas y análisis evolutivos nos permite explicar mejor los procesos que actúan sobre los cromosomas sexuales en nuestros parientes vivos más cercanos

Christian Huber. de la misma universidad

El equipo obtuvo también, por primera vez, las secuencias completas de palíndromos en los cromosomas sexuales de los simios, ya que previamente eran difíciles de secuenciar y estudiar. Descubrieron que son especialmente abundantes y largos en el cromosoma Y de los simios, aunque generalmente solo se encuentran compartidos entre especies estrechamente relacionadas.

“La poderosa combinación de técnicas bioinformáticas y análisis evolutivos que utilizamos nos permite explicar mejor los procesos que actúan sobre los cromosomas sexuales en nuestros parientes vivos más cercanos, los grandes simios”, recalca Christian Huber, profesor asistente de biología en la Universidad Estatal de Pensilvania. “Además, los genomas de referencia que produjimos serán fundamentales para futuros estudios sobre la evolución de los primates y las enfermedades humanas”.

Por su parte Makova concluye: “Estas secuencias permitirán el desarrollo de marcadores genéticos que rastreen la dispersión específica por sexo de las especies de simios estudiadas, todas las cuales están en peligro de extinción”,

Referencia:

Kateryna D. Makova et al. “The complete sequence and comparative analysis of ape sex chromosomes”, Nature.