Un equip d'investigadors de l’Institut de Biologia Evolutiva (CSIC-UPF) ha desxifrat els mecanismes genètics responsables del gran èxit evolutiu dels animals, inclosos els humans. La quantitat de mecanismes que compartim amb l'ameba ‘Capsaspora owczarzaki’ és superior a la què ens diferencia.
Un dels misteris sense resoldre de l'evolució és com van aparèixer els animals a partir dels seus avantpassats unicel·lulars i quins mecanismes evolutius intervingueren en el desenvolupament de la seva complexitat corporal. Un equip liderat per investigadors de l'Institut de Biologia Evolutiva (un centre mixt del CSIC i la Universitat Pompeu Fabra) ha descobert els mecanismes genètics responsables del gran èxit evolutiu dels animals. Els resultats, que apareixen publicats avui a la revista Cell, indiquen que aquests mecanismes es trobarien en tot el regne animal, inclosos els humans, però no en els nostres ancestres unicel·lulars.
D'acord amb aquest nou estudi, la gran innovació que diferencia als animals dels seus parents unicel·lulars és la regulació distal, és a dir, la capacitat que té l'ADN de regular gens distants entre si i determinar amb exactitud el moment de fer-ho. Seqüències d'ADN què estan situades en altres cromosomes, o molt separades d'un gen concret, són capaces d'activar-lo o inhibir-lo. "Aquesta habilitat ens va permetre augmentar dramàticament el nostre nivell de complexitat, fins a crear organismes de desenes de milions de cèl•lules, com en el cas dels mamífers", afirma Iñaki Ruiz-Trillo, Professor d’Investigació ICREA a l'Institut de Biologia Evolutiva.
Els investigadors han comparat els sistemes de regulació gènica i epigenètica de l'ameba Capsaspora owczarzaki, aïllada de la hemolimfa d'un cargol de Puerto Rico, amb els dels animals. Segons els investigadors, la quantitat de mecanismes que comparteixen ambdós grups és molt superior a la què els diferencia. Per exemple, tenen en comú elements clau per al desenvolupament dels animals com el gen Brachyury, important per a la embriogènesis, i l'oncogèn Myc, implicat en la proliferació cel·lular.
Així mateix, el cicle vital de la C. owczarzaki és complex i té clares transicions entre fases, que oscil·len d'una única cèl·lula a diverses dotzenes. En aquest cas, l’ameba utilitza eines epigenètiques, con ARNs no codificants i marques a les histones, per regular les transicions
entre els diferents estadis cel·lulars. "Mentre C. owczarzaki fa servir els mecanismes de regulació genètica per controlar la transició entre les seves fases del cicle vital, els animals els utilitzem per poder especialitzar les nostres cèl•lules, per exemple, per obtenir neurones o cèl·lules musculars", especifica Ruiz-Trillo.
Ser multicel·lular
Un dels grans beneficis de la multicel·lularitat, que va sorgir per primera vegada, fa uns 1.000 milions d'anys, és què va permetre augmentar la mida corporal, habitar nous nínxol i dividir la feina entre els diferents tipus cel·lulars. Segons els resultats d'aquest estudi, l'origen dels animals no va ser, per tant, un compendi d'innovacions evolutives a tots els nivells. Més aviat va ser un procés de reciclatge evolutiu (o genètic) què va afegir complexitat genòmica i va permetre regular de manera més precisa les diferents cèl·lules que formen els organismes complexos.
"Amb el temps, es veurà que molts organismes unicel·lulars tenen cicles de vida més complexos, segurament amb comportaments socials i fases multicel·lulars què han passat desapercebudes fins ara", afegeix Arnau Sebé-Pedrós, també científic de l'Institut de Biologia Evolutiva. El següent pas, segons els investigadors, és arribar a aïllar les cèl·lules individuals de C. owczarzaki i analitzar-les en detall per poder determinar si són totes iguals o ja existeix certa especialització.
Iñaki Ruiz-Trillo és també Professor Associat a la Universitat de Barcelona i va ser guardonat amb una Consolidator Grant de l'European Research Council (ERC) al 2014. El seu laboratori, el Multicellgenome Lab, està situat a l'Institut de Biologia Evolutiva, un centre mixt de la Universitat Pompeu Fabra (UPF) i el Consell Superior d'Investigacions Científiques (CSIC).
Article de referència:
Sebé-Pedrós, A.; Ballare, C.; Parra-Acero, H.; Chiva, C.; Tena, J.; Sabidó, E.; Gómez-Skarmeta, J.-L.; Di Croce, L.; Ruiz-Trillo, I. The Dynamic Regulatory Genome of Capsaspora owczarzaki and the Origin of Animal Multicellularity. Cell. DOI: 10.1016/j.cell.2016.03.034