MECANISMOS MOLECULARES QUE GENERAN NUEVOS GENES

Lucas Fernández Lalanne

BIBLIOGRAFÍA

Origins, evolution, and phenotypic impact of new genes. Henrik Kaessmann. Genome Res. 2010 20: 1313-1326.

On the origin and evolution of new genes—a genomic and experimental perspective. Qi Zhou, Wen Wang. J. Genet. Genomics 35 (2008) 639-648.

Evolución: origen, adaptación y divergencia de las especies. Antonio Fontdevila, Andrés Moya. Editorial Síntesis.

¿CÓMO SE ORIGINA UN NUEVO GEN EN EL GENOMA?

1. Duplicación de genes.2. Retrotransposición.3. Fusión/fisión de genes.4. Origen de novo.5. Transferencia horizontal de genes.6. Montaje de exones.7. Elementos móviles o transponibles.

1. DUPLICACIÓN DE GENESAparición de una copia genética adicional

Mecanismos de duplicación:- Entrecruzamiento desigual.- Retrotransposición.

Susumu Ohno, 1970. La presencia de una segunda copia de un gen abre un abanico de posibilidades dentro de la evolución, permitiendo a una de estas dos copias a evolucionar para dar lugar a nuevas propiedades funcionales, mientras que la otra copia se mantendrá para ocuparse de la función ancestral (neofuncionalización). Los genes duplicados además, mantienen la dosis de gen ancestral. El destino más probable de esta copia de gen duplicado es la pseudogenización.

El proceso de subfuncionalización propone que las múltiples funciones de un gen ancestral se podrían repartir entre las dos copias resultantes de la duplicación.

Tipos de duplicación:- Parcial. Trozo de un gen.- Quimérica. Trozos de varios genes.

1. DUPLICACIÓN DE GENES

Entrecruzamiento desigual, que genera AC y ABBC.

Una copia de B puede convertirse en pseudogen.

O bien que se fijen sucesivas mutaciones que confiera alguna ventaja adaptativa (B*), lo cual puede evolucionar hacia una nueva función (B**).

2. RETROTRANSPOSICIÓN

Reverso transcriptasa.

El retrogen carece de intrones.

Flanqueadas por secuencias cortas repetidas.

Suelen ser pseudogenes (no se incluyen elementos reguladores).

Formación de estructuras quiméricas.

2. RETROTRANSPOSICIÓN

Cuando estos retrogenes finalmente obtienen elementos reguladores para su transcripción y son transcritos, son mucho más propensos a obtener funciones novel que las copias de genes que surgen de mecanismos de duplicación del DNA.

Por ejemplo, el análisis de retrogenes en primates reveló que los retrogenes han contribuido al desarrollo cerebral en homínidos.

3. FUSIÓN DE GENES

Fusión de dos genes, previamente separados, en una sola unidad de transcripción (=gen quimérico).

Duplicaciones parciales y posterior fisión.

Dará lugar a nuevas funciones.

3. FUSIÓN DE GENES

Fusión de exones que codifican proteínas de genes adyacentes.

4. ORIGEN DE NOVO

Nuevos genes que proceden de secuencias no funcionales (no codificantes), no relacionadas con ningún material genético preexistente.Requisitos

El DNA debe ser transcripcionalmente activo.

El DNA deber tener un marco abierto de lectura.

4. ORIGEN DE NOVO

protoORF con nucleótidos que impiden su transcripción

Adquisición de mutaciones, que eliminan nucleótidos

protoORF intacto

Adquisición de promotores y activación transcripcional

5. TRANSFERENCIA HORIZONTAL DE GENES

Un organismo transfiere material genético a otro que no es descendiente.

Típico de procariotas.

No muy común en eucariotas.

Wolbachia transfiere material genético a insectos.

5. TRANSFERENCIA HORIZONTAL DE GENES

Mecanismos de THG en bacterias

6. MONTAJE DE EXONES

Los exones constituyen las unidades elementales a partir de las cuales, por recombinación, pueden surgir nuevos genes.

Los intrones poseen capacidad de recombinación

Capacidad de montar distintas combinaciones de exones

Codificación de distintas combinaciones de dominios proteícos

Nuevas proteínas funcionales

6. MONTAJE DE EXONES

7. ELEMENTOS TRANSPONIBLES

Secuencia de ADN que se puede desplazar por el genoma de manera autosuficiente.

Capacidad de replicación y de producir mutaciones.

Elemento transponible

Repetición terminal invertida

Transposasa

Repetición directa flanqueante

Mecanismos que cambian la expresión génica normal debido a la inserción de un ET

7. ELEMENTOS TRANSPONIBLES

1. Nuevo lugar de inicio de la transcripción.2. Nuevo lugar de terminación de la transcripción.3. Alteración de las secuencias de control.4. Puede actuar como un intrón, cambiando los patrones de expresión.

LOS TESTÍCULOS: UN CATALIZADOR PARA GENERAR NUEVOS GENES

Los genes más jóvenes y los retrogenes se expresan con mayor frecuencia en los testículos.

Los testículos se comportan como una fábrica para generar nuevos genes y para que evolucionen a genes con nuevas funciones en los tejidos somáticos.

La transcripción de nuevos genes está facilitada en:Espermátida (n)

Espermatocito (2n)

- Cromatina siempre abierta.- Sobreexpresión de componentes clave en la transcripción.

LOS TESTÍCULOS: UN CATALIZADOR PARA GENERAR NUEVOS GENES

¿A qué se deben estas características?- Desmetilación de dinucleótidos CG (de los promotores).- Acetilación y metilación de histonas (facilitando el acceso a la maquinaria transcripcional).

¿CÓMO EVOLUCIONAN LOS NUEVOS GENES?

Pseudogenización. El nuevo gen no se expresa.

Redundancia. Se incrementan los genes con la misma función.

Subfuncionalización. La función del nuevo gen es similar al del gen ancestral.

Neofuncionalización. El nuevo gen adquiere funciones nuevas.