Un estudio coliderado por el Instituto de Biología Evolutiva identifica cientos de miles de regiones conservadas en el genoma humano no codificante, mediante la comparación de la mayor base de datos de genomas de primates y mamíferos. Los elementos genómicos conservados en primates y humanos podrían arrojar luz sobre las raíces de nuestras enfermedades.
Un estudio publicado en la revista Nature y coliderado por el Instituto de Biología Evolutiva (IBE) —un centro mixto del CSIC y la Universidad Pompeu Fabra—, la compañía Illumina y la Facultad de Medicina de Baylor (EE UU) aporta una nueva perspectiva sobre la información genética de los primates que podría revelar datos clave sobre las partes más desconocidas del genoma humano —el genoma no codificante— su función en la salud y su papel en nuestra evolución. El artículo supone una continuación del número especial de Science de junio de 2023, que reunía el mayor catálogo de información genómica de primates hasta la fecha.
El genoma no codificante es aquel que no contiene información sobre las proteínas de nuestro cuerpo y, a pesar de que conforma el 99 % del ADN, su función se desconoce en gran medida.
En este caso, gracias al ADN secuenciado en el Centro Nacional de Análisis Genómico (CNAG), el trabajo de investigación generó y comparó los genomas de 239 especies de primates y de 202 especies de mamíferos. El análisis ha revelado que hay cientos de miles de secuencias reguladoras no codificantes, derivadas de adaptaciones evolutivas recientes, que están conservadas exclusivamente en primates y humanos.
La conservación o ausencia de cambios en los elementos genómicos a lo largo de la evolución, por efecto de la selección natural, es un indicativo de la importancia de su función para la supervivencia de una especie o de un orden de animales como los primates, incluidos los humanos. Esto significa que una pequeña variación en su secuencia de ADN de los cientos de miles de regiones reguladoras identificadas en este estudio podría derivar en alteraciones de nuestros rasgos biológicos, incluida la salud humana.
“La conservación en regiones del genoma humano es una de las herramientas más poderosas que tenemos para encontrar funcionalidad en el vasto genoma humano. Entender la funcionalidad del genoma continúa siendo uno de los retos más importantes de la genética humana”, explica Tomàs Marquès-Bonet, investigador ICREA en el IBE y catedrático de Genética del departamento de Medicina y Ciencias de la Vida (MELIS) de la Universidad Pompeu Fabra.
Comprender los efectos de las variantes genéticas humanas es crucial para el diagnóstico y tratamiento precisos de las enfermedades con ese origen. Sin embargo, los efectos de las variantes genéticas en el genoma no codificante siguen siendo difíciles de predecir.
En cambio, con las secuencias de ADN codificantes de proteínas, una parte del genoma mucho más estudiada, se han logrado avances recientes utilizando técnicas de aprendizaje profundo (deep learning). Ahora, esta tecnología podría aplicarse a las secuencias no codificantes identificadas en el estudio.
“Mapear los elementos de secuencia conservados en el genoma no codificante constituye un paso esencial para comprender los efectos de todas las variantes en el genoma completo, y vincularlos con rasgos y resultados de enfermedades específicos”, señala Lukas Kuderna, primer autor del artículo, ahora investigador en Illumina.
Hasta la fecha, los estudios de genómica comparada han tenido éxito en encontrar secuencias conservadas en especies distantes de mamíferos. Sin embargo, las adaptaciones evolutivas recientes más cercanas al origen de nuestra propia especie han resultado mucho más difíciles de identificar. Esto sucede porque se encuentran en el genoma no codificante que, en comparación con el ADN codificante, evoluciona mucho más rápido.
Estos elementos reguladores del ADN conservados a lo largo de la evolución de los primates podrían desempeñar un papel fundamental en el desarrollo de rasgos humanos y ofrecer nuevos conocimientos sobre la biología única de nuestra especie
Mediante la comparación de las secuencias conservadas en especies de primates y humanos, esta investigación demuestra que una fracción sustancial de los elementos reguladores no codificantes del genoma humano tienen orígenes relativamente recientes.
Con este análisis se demuestra que muchos de estos elementos reguladores no codificantes, que anteriormente se pensaba que no estaban conservados y tenían un significado biológico incierto, representan en realidad adaptaciones evolutivas recientes de nuestro orden. El genoma no codificante nos hace únicos entre los mamíferos.
“Estos elementos reguladores del ADN, que se han conservado a lo largo de la evolución de los primates, podrían desempeñar un papel fundamental en el desarrollo de rasgos de primates y humanos, ofreciendo nuevos conocimientos sobre los fundamentos moleculares de la biología única de nuestra propia especie”, concluye Marquès-Bonet.
Referencia
Kuderna, L.F.K et al. "Identification of constrained sequence elements across 239 primate genomes’". Nature (2023)
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