Elementos transponibles: los “saltimbanquis” del genoma

Rubén Megía González

Hay dos tipos de personas. Por un lado, las hay que adoran pasar tiempo en casa, jugando videojuegos con sus colegas, viendo la tele en pareja o incluso practicando ejercicio. Por otro lado, están las personas que no aguantan seguir una rutina y tienen que ir moviéndose, viajando (como dice mi abuela, los “culos de mal asiento”). En el mundo del ADN sucede exactamente lo mismo. En este caso, la mayoría de segmentos de ADN se mantienen quietecitos, en un lugar concreto del genoma, pero luego… bueno… hay otros que son un tanto inquietos. Hablo de los elementos transponibles, también conocidos como “transposones”.

¿Qué son los elementos transponibles?

Los elementos transponibles, también conocidos como “genes saltarines” son secuencias de ADN muy especiales, capaces de cambiar de posición en el genoma por sí mismos. La científica estadounidense Barbara McClintock propuso su existencia en sus estudios en maíz a mediados del siglo XX y, desde entonces, todavía se está debatiendo su impacto en la evolución de muchos organismos eucariotas. Esto es porque, precisamente por su capacidad de “saltar” a otras zonas del genoma, los transposones son capaces de alterar de muchas formas la expresión de nuestros genes o generar mutaciones y, por tanto, son potenciales elementos evolutivos.

Existen dos tipos principales de elementos transponibles, los retrotransposones y los transposones de ADN. El primer tipo de elementos transponibles, los retrotransposones, son secuencias de ADN capaces de “copiar y pegar” su información en otro sitio del genoma. ¿Cómo lo hacen? Pues utilizan un mecanismo similar al de los virus de ADN bicatenario retrotranscrito (grupo VII en la clasificación de Baltimore). En este caso, el transposón se transcribe a ARN y, con ayuda de una transcriptasa reversa, este ARN pasa a ser ADN, capaz de situarse en una nueva región del genoma. El segundo gran grupo de elementos transponibles son los transposones de ADN. Estos “saltimbanquis” del genoma pueden utilizar varios mecanismos de transposición. Uno de ellos es el de “cortar y pegar”, en el que el transposón se separa de un lugar del genoma y se inserta en otro.

Como dato curioso, todos los miembros de cada familia de elementos transponibles tienen una estructura más o menos similar y comparten un origen monofilético, es decir, que han evolucionado de un origen común. Por ejemplo, los transposones Ty3/gypsy y Ty1/copia se encuentran en prácticamente todos los eucariotas, lo que indica que estos dos tipos de elementos móviles del genoma tienen un origen anterior de la diversificación de los eucariotas. ¡Fascinante!

¿Dónde se localizan?

Los elementos transponibles no se encuentran dispersos aleatoriamente en los organismos. Al contrario, estos pequeños “culos inquietos” se encuentran localizados en zonas específicas del genoma. ¿Por qué? Pues porque, como pasa en las interacciones parásito-hospedador entre organismos, los elementos transponibles están sujetos a una gran fuerza selectiva, que les “obliga” a insertarse en zonas del genoma que propicien su propagación, pero sin llegar a generar efectos devastadores en la célula. Esto limita bastante las zonas donde pueden situarse.

Hasta conseguir insertarse en zonas óptimas, los elementos transponibles se ven sometidos a una gran presión selectiva. Los retrotransposones LINE1, por ejemplo, son capaces de insertarse en zonas codificantes del genoma, pero raras veces se encuentran en dichas secuencias. De insertarse en ellas, pueden interferir en la función celular y desencadenar, por ejemplo, mecanismos de senescencia celular. Y eso no es óptimo ni para el hospedador ni para el transposón.

Equilibrio Expresión/Represión

Como os comentaba, para optimizar su actividad, los transposones buscan insertarse en nuevas localizaciones sin molestar demasiado a la actividad celular. Sin embargo, situarse en sitios poco importantes no es suficiente. Los transposones tienen que disponer de mecanismos para regular su expresión, ya que, si se expresan demasiado, pueden afectar a la función celular. Por ello, han desarrollado diferentes modos de regular su actividad en el genoma, como codificar enzimas subóptimas para la transposición.

Los transposones: fuente de polimorfismos, reordenamientos y mutaciones

Los transposones son una gran parte de nuestro genoma. La misma Barbara McClintock ya describió en plantas de maíz que el 60-70% del genoma de esta especie estaba compuesta pòr elementos transponibles. El caso del genoma humano no es tan diferente. En cada una de las copias de nuestro genoma, tenemos 500 000 copias de un solo tipo de transposón, el LINE1. ¡Pero no os preocupéis! Vuestro genoma no se va a mover a ningún sitio. Se ha comprobado que, de todas estas copias, menos de un 0,01% son activas.

Y bien, ¿Qué sucede con el resto de copias que no están activas? Se han acomodado. Lo que un día fueron aventureros inquietos, ahora están más cómodos quietecitos. Esto es debido a que se han acumulado mutaciones puntuales en ellos que los han hecho inactivos. La cuestión es que, aunque tenemos miles de copias de transposones, no todos tenemos los mismos ni en la misma proporción. Cada persona es única y, de igual modo, cada genoma tiene una diferente composición en elementos transponibles.

Un dato interesante del hecho de que tengamos elementos transponibles activos en nuestro genoma es su alta capacidad mutagénica. Esto hace que actualmente se considere que son una fuente importante de diversidad genética. En estudios realizados en ratones, se ha comprobado que la actividad de los elementos transponibles es la responsable de aproximadamente un 15% de todos los fenotipos mutantes heredados.

Otro factor importante de los transposones es que, al multiplicarse, generan secuencias homólogas (semejantes las unas a las otras) dispersas en nuestro genoma. Lo que ocurre con esto es que, durante la actividad normal de nuestras células, hay cierta probabilidad de que se produzcan eventos de recombinación si hay regiones con secuencias homólogas. La recombinación es, por así decirlo, un intercambio de material genético entre dos zonas el genoma y no siempre es deletérea. De hecho, es algo que se produce en la meiosis de nuestra línea germinal constantemente. La recombinación de algunos de estos elementos transponibles puede generar grandes duplicaciones o deleciones en el genoma.

No solo “culos inquietos”

Aunque los transposones son conocidos por su capacidad de saltar de un sitio a otro del genoma, sus efectos van mucho más allá. Y es que estos pequeños y molestos saltimbanquis afectan de muchas otras formas a la función del genoma del hospedador. Un claro ejemplo de esto es la modificación de la transcripción del genoma. Se ha descrito, tanto en modelos animales como en células humanas que, la actividad represiva de algunos transposones no solo afecta al mismo transposón, sino que también puede interferir en la expresión o de los ARNs mensajeros propios del hospedador.

Otra consecuencia de la actividad de los transposones en el genoma del hospedador es la activación del sistema inmunitario. Se sabe que los transcritos de ARN de algunos transposones pueden provocar una respuesta inmunitaria, que pueden desembocar en enfermedades autoinmunes. De igual modo, los híbridos de ADN-ARN que genera la transcriptasa reversa en el caso de los retrotransposones puede alertar al sistema inmunitario.

Las proteínas resultantes de la actividad de los transposones también se han relacionado con la aparición de algunas patologías. Por ejemplo, la sobreexpresión de algunas proteínas de envoltura similares a las víricas en algunos retrotransposones se ha relacionado con el desarrollo de dos enfermedades neurodegenerativas: la esclerosis múltiple y la esclerosis lateral amiotrófica

Generadores de genes

Aunque, a efectos prácticos, los transposones son “parásitos” de nuestro genoma, hay evidencias de que estos pequeños saltimbanquis no solo son un dolor de cabeza para sus huéspedes. Hay evidencias de que los transposones pueden contribuir en la aparición de nuevos genes. De hecho, algunos genes derivados de ellos son específicos de algunas especies.

Para que un transposón haga aparecer un nuevo gen, es necesario que sucedan una serie de cosas. En primer lugar, tiene que “mutar”, es decir, ir acumulando cambios en su secuencia durante las sucesivas generaciones. Para ello, esto tiene que suceder en la línea germinal del hospedador. Si no, el cambio no se transmitirá a la descendencia. ¡Un pequeño paso para los transposones, pero un gran paso para la Evolución!

Algunos ejemplos de la aparición de nuevos genes a partir de transposones son RAG1 y RAG2, genes esenciales para la recombinación en el sistema inmune de vertebrados. También se ha comprobado que algunos genes relacionados con el desarrollo de la placenta provienen de la “domesticación” de genes env presentes en algunos retrotransposones ERV. Estos genes se han encontrado en prácticamente todos los mamíferos placentarios, sugiriendo que los retrotransposones ERV tuvieron un papel fundamental en la evolución de los placentarios.

Por si fuera poco, los transposones no solo intervienen en la aparición de nuevos genes codificantes, sino que también lo hacen en la aparición de ADN no codificante. De hecho, son los componentes mayoritarios de muchos de los ARN largos no codificantes del genoma humano, algunos de ellos, con funciones realmente imprescindibles. También se ha comprobado que algunos micro ARNs derivados de transposones pueden adoptar roles reguladores en el hospedador.

Modificadores de redes reguladoras

Desde los descubrimientos de Barbara McClintock, se sospecha que los transposones tienen cierta relevancia en la regulación de la expresión génica. En los últimos años se han encontrado evidencias de que muchas veces regulan la transcripción de genes cercanos. Por ejemplo, se ha comprobado que en un tipo de palma aceitera, Elaeis guineensis, los niveles de metilación de un transposón controlan, en última instancia, la producción del aceite típico de la planta en su fruto.

Lo interesante es que, además de ejercer como regiones reguladoras, los transposones, como “saltimbanquis” que son, pueden dispersarse por el genoma, dando lugar a nuevas regiones reguladoras idénticas, pero asociadas a otros genes diferentes. Se ha sugerido que, gracias a esto, los transposones son capaces de “conectar” redes reguladoras de diferentes genes bajo una misma región reguladora,

 

Desde luego, los transposones son unos elementos realmente interesantes de nuestro genoma. Sin embargo, todavía nos falta muchísimo por descubrir de ellos y de su impacto en la evolución de los organismos vivos. Y no tan vivos, ya que tienen cierta similitud con los virus. De hecho, un tipo de transposones, los retrotransposones ERV reciben su nombre por sus siglas en inglés, Endogenous RetroViruses (retrovirus endógenos), por su similitud con los retrovirus y por ser, posiblemente, el origen de los mismos. Pero eso lo dejamos para otro post.

¿Qué os han parecido estos pequeños saltimbanquis genómicos? ¿Creéis que han sido importantes en la evolución de las especies? ¡Esperamos vuestros comentarios!

Fuente:
Bourque G et al. Ten things you should know about transposable elements. Genome Biol. 2018 Nov 19;19(1):199. doi:10.1186/s13059-018-1577-z

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