Un estudio de Oxford vincula duplicaciones genéticas antiguas con la evolución cerebral

Dos eventos de duplicación de todo el genoma que ocurrieron hace aproximadamente 520 y 500 millones de años proporcionaron el material genético bruto que permitió a los vertebrados desarrollar sus cerebros complejos, según una investigación publicada el miércoles en Nature.biology.ox+1

El estudio, dirigido por la Universidad de Oxford, ayuda a resolver un debate de larga data sobre si la diversidad de los tipos de células cerebrales surgió de eventos raros de duplicación de todo el genoma o de cambios genéticos graduales a pequeña escala. Al comparar la actividad genética en células cerebrales individuales en cinco especies (humanos, ratones, lagartos, lampreas y anfioxos, uno de los parientes invertebrados más cercanos de los vertebrados), el equipo reconstruyó cómo evolucionaron los tipos de células cerebrales a lo largo del tiempo profundo.phys+1

Un kit de herramientas genéticas para las células cerebrales

Los investigadores descubrieron que muchas de las principales familias de tipos celulares en los cerebros de los vertebrados surgieron después de una duplicación del genoma en el ancestro común de los vertebrados hace unos 520 millones de años, con una segunda duplicación hace aproximadamente 500 millones de años que construyó sobre esa base.phys+1

"Nuestros hallazgos revelan que dos eventos de duplicación genética fueron fundamentales para permitir la evolución de cerebros complejos", dijo el autor principal, el profesor Sebastian Shimeld del Departamento de Biología de Oxford. "Al duplicar cada gen en el genoma, la naturaleza obtuvo material bruto que podría ser reutilizado para construir nuevos tipos de células cerebrales".biology.ox+1

Los pares de genes retenidos de estas duplicaciones, conocidos como "ohnólogos", demostraron estar involucrados de manera desproporcionada en la definición de tipos distintos de células cerebrales. Estos genes tenían más probabilidades de estar activos en células cerebrales particulares que los genes duplicados a través de otros mecanismos, y estaban especialmente enriquecidos para funciones reguladoras que controlan cómo se desarrollan y funcionan los diferentes tipos de células.phys+1

No funciones nuevas, sino divididas

En lugar de desarrollar funciones completamente nuevas, la mayoría de los genes duplicados repartieron los roles de su gen ancestral entre ellos, ayudando a ajustar la diversidad de los tipos de células cerebrales. En animales más simples como el anfioxo, los genes reguladores clave están ampliamente activos en todas las células; en los vertebrados, las versiones duplicadas de estos genes se despliegan en diferentes tipos de células, estableciendo identidades celulares distintas.biology.ox

El impacto de estos eventos antiguos se extendió mucho más allá de la evolución temprana de los vertebrados. El equipo demostró que los genes de las duplicaciones continuaron definiendo nuevos tipos de células cerebrales, incluidos los de la materia gris del cerebelo, durante cientos de millones de años después.phys+1

Un legado duradero

El coautor del estudio, el profesor Peter Holland, capturó el alcance de los hallazgos: "Los análisis de datos fueron increíblemente complicados (gran crédito para el estudiante de posgrado Yuanzhen Zhu), pero la conclusión es clara: las nuevas células cerebrales necesitaban nuevos genes. Y no cualquier gen: estos eran los genes adicionales generados por la duplicación accidental del ADN antes de que el primer pez nadara en el mar".biology.ox