El mecanismo oculto de la creación de genes.

Investigadores de la Universidad de Helsinki han descubierto un mecanismo que genera un nacimiento instantáneo ADN homólogos, lo que puede conducir a la creación de nuevos genes de microARN a partir de secuencias de ADN no codificantes. Este descubrimiento se realizó mientras estudiaban los errores de replicación del ADN y su efecto sobre él. ARN Las estructuras moleculares proporcionan nuevos conocimientos sobre los orígenes de los genes.

La complejidad de los organismos vivos está codificada en sus genes, pero ¿de dónde provienen estos genes? Investigadores de la Universidad de Helsinki resolvieron cuestiones pendientes sobre el origen de pequeños genes reguladores y describieron el mecanismo que crea su homología en el ADN. En las condiciones adecuadas, estos homólogos se convierten en genes de microARN.

Genes y proteínas: los componentes básicos de la vida

El genoma humano contiene ca. Se utilizan 20.000 genes para construir proteínas. Las acciones de estos genes clásicos están coordinadas por miles de genes reguladores, el más pequeño de los cuales codifica moléculas de microARN que tienen 22 pares de bases de longitud. Si bien el número de genes permanece relativamente constante, a veces aparecen nuevos genes durante la evolución. Al igual que el origen de la vida biológica, el origen de nuevos genes sigue fascinando a los científicos.

Resuelve el rompecabezas alterno

Todas las moléculas de ARN requieren conjuntos alternos de bases que fijan la molécula en su forma funcional. Es importante destacar que las posibilidades de que mutaciones de bases aleatorias formen vías que se alternan progresivamente son muy pequeñas, incluso para genes de microARN simples. Por tanto, el origen de estas secuencias alternas ha desconcertado a los investigadores. Expertos del Instituto de Biotecnología de la Universidad de Helsinki en Finlandia han resuelto este enigma, describiendo un mecanismo que puede generar instantáneamente homólogos de ADN completos, creando así nuevos genes de microARN a partir de secuencias de ADN que antes no codificaban.

Información sobre la replicación del ADN

En un proyecto financiado por la Academia de Finlandia, los investigadores estudiaron los errores en la replicación del ADN. Ari Luitinoja, el líder del proyecto, compara la replicación del ADN con la impresión de texto.

«El ADN se copia una base a la vez, y las mutaciones suelen ser bases únicas incorrectas, como pulsaciones errantes en el teclado de una computadora portátil. Estudiamos un mecanismo que conduce a errores mayores, como copiar y pegar texto de otro contexto. Estábamos interesados ​​especialmente cuando haya copiado el texto al revés para que cree texto simétrico.

Los investigadores estudiaron el mecanismo de error en la replicación del ADN y observaron que algunos errores crean homólogos que pueden transformarse en estructuras en horquilla. Crédito: Ari Löytynoja

Estructuras de ARN y errores de ADN.

Los investigadores se han dado cuenta de que los errores de replicación del ADN a veces pueden resultar beneficiosos. Le describieron estos hallazgos a Mikko Freelander, experto en biología del ARN. Inmediatamente vio la conexión con la estructura de las moléculas de ARN.

«En la molécula de ARN, las bases de homólogos adyacentes pueden emparejarse y formar estructuras en forma de horquilla. Estas estructuras son esenciales para el funcionamiento de las moléculas de ARN», explica.

Los investigadores decidieron centrarse en los genes de microARN debido a su estructura simple: los genes son muy cortos (solo unas pocas docenas de bases) y tienen que plegarse en una estructura de horquilla para funcionar correctamente.

La idea central era modelar la historia de los genes utilizando un algoritmo informático personalizado. Según la investigadora postdoctoral Helle Monteinen, esto permite el examen más detallado hasta la fecha del origen de los genes.

«Se conocen los genomas completos de decenas de primates y mamíferos. Una comparación de sus genomas es reveladora Clasificar Poseen un par palíndromo de microARN, del que carecen. «Mediante un modelado detallado de la historia, podemos ver que los homólogos completos se crean mediante eventos de mutación única», dice Montinen.

La idea básica era modelar la historia de los genes utilizando información de especies relacionadas. Los modelos han demostrado que los homólogos de genes de microARN se generan mediante eventos de mutación únicos. Crédito: Ari Löytynoja

Arqueología y cosmopolitismo

Centrándose en humanos y otros primates, los investigadores de Helsinki demostraron que el mecanismo recién descubierto podría explicar al menos una cuarta parte de los nuevos genes de microARN. Dado que se han encontrado casos similares en otros linajes evolutivos, el mecanismo de origen parece universal.

En principio, la aparición de genes de microARN es tan fácil que nuevos genes pueden afectar la salud humana. Helle Montinen ve la importancia de trabajar a mayor escala, por ejemplo para comprender los principios básicos de la vida biológica.

«La aparición de nuevos genes de la nada ha asombrado a los investigadores. Ahora tenemos un modelo elegante para la evolución de los genes de ARN».

Aunque los hallazgos se basan en pequeños genes reguladores, los investigadores creen que pueden generalizarse a otros genes y moléculas de ARN. Por ejemplo, utilizando las materias primas generadas por el mecanismo recién descubierto, la selección natural puede crear estructuras y funciones de ARN más complejas.

El estudio fue publicado en Con personas.

Referencia: “Generación de novo de miARN a partir del cambio de plantilla durante la replicación del ADN” por Heli AM Mönttinen, Mikko J. Frilander y Ari Löytynoja, 29 de noviembre de 2023, procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.
doi: 10.1073/pnas.2310752120