Científicos descubren el origen de los diminutos centrómeros en la levadura

Los centrómeros, esenciales para la separación de cromosomas durante la división celular, presentan una notable diversidad en su estructura. Mientras algunas especies poseen grandes tramos de ADN repetitivo, la levadura utiliza versiones extremadamente pequeñas conocidas como centrómeros "puntuales". Esta variabilidad ha intrigado a los científicos durante décadas.

Un equipo de investigadores, liderado por Andrea Musacchio del Instituto Max Planck de Fisiología Molecular en Dortmund, junto a Jef Boeke de la Escuela de Medicina Grossmann de NYU, ha descubierto el origen y la historia evolutiva de los centrómeros de la levadura. Identificaron lo que describen como un centrómero "proto-puntual", una forma intermedia que conecta los diminutos centrómeros actuales de la levadura con sus ancestros más complejos. Estas versiones antiguas contenían fragmentos de ADN parásito, lo que pone de relieve un ejemplo dramático de cambio evolutivo a nivel de ADN.

La Paradoja del Centrómero

Los centrómeros son los sitios específicos en los cromosomas donde la maquinaria celular se adhiere durante la división celular. Esta maquinaria separa cada cromosoma para que las nuevas células hijas reciban el material genético correcto. Debido a su papel, los centrómeros son fundamentales para la segregación precisa de los cromosomas en todas las células en división, desde levaduras hasta humanos.

A pesar de que la maquinaria celular responsable de la segregación de los cromosomas se ha mantenido altamente conservada a lo largo de la evolución, el ADN presente en los centrómeros cambia sorprendentemente rápido. Este patrón desconcertante se conoce como la "paradoja del centrómero". La levadura proporciona uno de los ejemplos más notables de este fenómeno debido a que sus centrómeros son inusualmente pequeños y definidos. En el nuevo estudio, los investigadores del Instituto Max Planck y de NYU descubrieron la primera explicación mecanicista de cómo evolucionaron estos centrómeros distintivos y identificaron sus orígenes genéticos.

Un Descubrimiento Clave en la Evolución de la Levadura

El primer autor, Max Haase, explicó en una entrevista los hallazgos del estudio. "Nuestro trabajo explica cómo una característica cromosómica muy importante —el centrómero— en la levadura de cerveza llegó a ser. En la levadura, son extremadamente pequeños y precisos, una rareza en el árbol de la vida que ha desconcertado a los biólogos cromosómicos durante décadas. En este trabajo, mostramos una etapa intermedia probable en su evolución y rastreamos de dónde provino el ADN para estos centrómeros especiales".

Los investigadores encontraron centrómeros previamente desconocidos en especies de levadura relacionadas que parecen ser etapas intermedias entre los grandes centrómeros ricos en repeticiones y los diminutos centrómeros de la levadura de cerveza. El ADN en estos centrómeros está relacionado con una clase de "genes saltarines" (piezas móviles de ADN) llamadas retrotransposones, lo que sugiere que estos elementos proporcionaron el material bruto que la evolución moldeó en los centrómeros modernos de la levadura. Esto proporciona una explicación genética concreta de cómo la levadura terminó con este tipo inusual de centrómero.

El trabajo aborda una pregunta de larga data y muestra cómo fragmentos de ADN "egoístas" o parásitos pueden ser domesticados y convertidos en ADN del cual las células ahora dependen para organizar sus cromosomas. Este descubrimiento ofrece un ejemplo concreto de cómo una parte central del cromosoma puede ser completamente reestructurada a lo largo de la evolución al reutilizar ADN que alguna vez pareció "basura" genómica.

Próximos Pasos

Los investigadores planean entender cómo el cinetocoro —la maquinaria proteica que reconoce los centrómeros— puede acomodar cambios tan drásticos en el ADN de los centrómeros a lo largo del tiempo evolutivo. Parte de este trabajo incluye abordar la pregunta abierta de cómo los centrómeros ensamblan el cinetocoro. También buscan más casos donde los transposones han sido reutilizados para construir estructuras cromosómicas como los centrómeros, para determinar cuán común es este tipo de innovación genómica.

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