Un equipo de investigadores del Instituto de Biología Evolutiva (CSIC-UPF) ha descifrado los mecanismos genéticos responsables del gran éxito evolutivo de animales, incluyendo a los humanos. La cantidad de mecanismos que compartimos con la ameba ‘Capsaspora owczarzaki’ es superior a la que nos diferencia.
Uno de los misterios sin resolver de la evolución es cómo aparecieron los animales a partir de sus ancestros unicelulares y qué mecanismos evolutivos habrían intervenido en el desarrollo de su complejidad corporal. Un equipo liderado por investigadores del Instituto de Biología Evolutiva (un centro mixto del CSIC y la Universidad Pompeu Fabra) ha descubierto los mecanismos genéticos responsables del gran éxito evolutivo de los animales. Los resultados, que aparecen publicados hoy en la revista Cell, apuntan a que estos mecanismos se hallarían en todo el reino animal, incluidos los humanos, pero no en sus ancestros unicelulares.
Según este nuevo trabajo, la gran innovación que diferencia a los animales de sus parientes unicelulares es la regulación distal, es decir, la capacidad que tiene el ADN de regular genes distantes entre sí y determinar con exactitud el momento de hacerlo. Secuencias de ADN que están situadas en otros cromosomas, o muy separadas de un gen en concreto, son capaces de activarlo o inhibirlo. “Esta habilidad nos permitió aumentar dramáticamente nuestro nivel de complejidad, hasta crear organismos del orden de decenas de billones de células, como es el caso de los mamíferos”, afirma Iñaki Ruiz-Trillo, Profesor de Investigación ICREA en el Instituto de Biología Evolutiva.
Los investigadores han comparado los sistemas de regulación génica y epigenética de la ameba Capsaspora owczarzaki, aislada de la hemolinfa de un caracol de Puerto Rico, con los de los animales. Según los investigadores, la cantidad de mecanismos que ambos grupos comparten es superior a la que les diferencia. Por ejemplo, tienen en común elementos clave para el desarrollo de los animales como el gen Brachyury, importante para la embriogénesis, y el oncogen Myc, implicado en la proliferación celular.
Asimismo, el ciclo vital de C. owczarzaki es complejo y tiene claras transiciones entre fases, que oscilan de una única célula a varias decenas. En este caso, la ameba usa herramientas epigenéticas, como ARNs no codificantes y marcas en las histonas, para regular las transiciones entre los diferentes estadíos celulares. “Mientras C. owczarzaki emplea los mecanismos de regulación genética para controlar la transición entre sus fases del ciclo vital, los animales los usamos para poder especializar nuestras células, por ejemplo, para obtener neuronas o células musculares”, detalla Ruiz-Trillo.
Ser multicelular
Uno de los grandes beneficios de la multicelularidad, que surgió por primera vez hace unos 1.000 millones de años, es que permitió aumentar el tamaño corporal, habitar nuevos nichos y una división del trabajo entre los diferentes tipos celulares. Según los resultados de este trabajo, el origen de los animales no fue, por tanto, un compendio de innovaciones evolutivas a todos los niveles. Más bien fue un proceso de reciclaje evolutivo (o genético) que agregó complejidad genómica y permitió regular de manera más precisa las diferentes células que componen los organismos complejos.
“Con el tiempo se verá que muchos organismos unicelulares tienen ciclos de vida más complejos, seguramente con comportamientos sociales y fases multicelulares que han pasado desapercibidos hasta ahora”, agrega Arnau Sebé-Pedrós, científico del CSIC en el Instituto de Biología Evolutiva. El siguiente paso, según los investigadores, es llegar a aislar las células individuales de C. owczarzaki y analizarlas en detalle para poder determinar si son todas iguales o si ya existe cierta especialización.
Iñaki Ruiz-Trillo es también Profeso Asociado en la Universidad de Barcelona y fue galardonado con una Consolidator Grant del European Research Council (ERC) en el 2014.
Su laboratorio, el Multicellgenome Lab. está situado en el Instituto de Biología Evolutiva, un centro mixto de la Universidad Pompeu Fabra (UPF) y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC).
Artículo de referencia:
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