¿ADN “basura” o maquinaria regulatoria?
Desde el descubrimiento de la estructura del ADN en 1953 por James Watson y Francis Crick, la investigación genética se ha dedicado principalmente a estudiar los genes, partes del ADN que codifican para ARN y el cual finalmente se traduce a proteínas (haz click aquí para leer unos conceptos básicos de genética). Por mucho tiempo, se creyó que ADN humano estaba compuesto de varios genes muy sofisticados que codificaban proteínas de gran complejidad. Sin embargo, cuando el año 2001 el Proyecto del Genoma Humano descifró por fin la secuencia completa de nuestro ADN, se encontró que las aproximadamente 3 millones de pares de bases codificaban a penas 21 000 genes, lo cual representa a penas el 2% de todo el material genético. En ese entonces, los científicos asumieron que el otro 98% era no funcional y por lo tanto “basura”.
Pero, ¿será realmente insignificante? En Setiembre del año 2003, el Instituto Nacional de la Investigación del Genoma Humano lanzó una iniciativa llamada La Enciclopedia de los Elementos del ADN (ENCODE)(3), para identificar los elementos funcionales del ADN humano. Luego de algunos años de investigación, en el año 2012 se reportó que gran parte de lo que se creía “ADN basura” era en realidad elementos cruciales del control de la actividad genética involucrados en varias enfermedades. Además, ENCODE revelo que el 80% del genoma humano está bioquímicamente activo.
Algunos de los elementos del ADN que están relacionados con la regulación de la expresión genética son:
Factores de transcripción: son proteínas que se unen a secuencias de ADN no-codante específicas y controlan la transcripción de la información genética de ADN a ARN mensajero.
Operadores: son segmentos del ADN donde se une el represor, el cual es una proteína que regula la expresión de uno o más genes al unirse al operador y así bloquea la unión de la ARN polimerasa al promotor, inhibiendo la transcripción de los genes (represión).
Potenciadores (“enhancers”): es un segmento del ADN al que se unen una serie de factores de transcripción para potenciar los niveles de transcripción de un conjunto de genes.
Silenciadores: son segmentos del ADN que funcionan de manera similar a los potenciadores pero con un efecto opuesto, inactivando la expresión genética cuando se unen a una proteína reguladora.
Promotores: son segmentos del ADN que facilitan la transcripción de un gen en particular cuando se une un factor de transcripción. Se encuentran cerca al gen que regulan, específicamente delante del mismo.
Se cree que existen varias enfermedades comunes que estarían influenciadas por alteraciones en la regulación de ciertos genes. Wray et al, demostraron que en cuatro poblaciones con alto consumo de leche, habían aparecido nuevas mutaciones que evitaban que el gen que produce la enzima lactasa se apague. Por otro lado, este grupo de investigación también mostró que enfermedades como el síndrome de bipolaridad y la depresión clínica podrían estar asociados con mutaciones no codantes que provocan que el cerebro esté produciendo mucho o poco de un neurotransmisor en particular.
El estudio de la “materia negra” del ADN también podría revelar información significativa para el entendimiento de muchas enfermedades como la diabetes e hipertensión, las cuales se generan a partir de una serie de disfunciones hormonales, enzimáticas y metabólicas. El conocer cómo es que algunos genes se “prenden o apagan” podría ayudar a entender mejor estas y otras enfermedades y contribuir a sus tratamientos.
Si deseas saber más sobre el proyecto ENCODE te recomendamos el siguiente enlace:
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Referencias
National Human Genome Research Institute (2015). International Consortium Completes Human Genome Project. [online] Available at: http://International Consortium Completes Human Genome Project [Accessed 19 Nov. 2017].
ENCODE Project Consortium, Birney E, Stamatoyannopoulos JA, Dutta A, Guigó R, Gingeras TR, Margulies EH, Weng Z, Snyder M, Dermitzakis ET, et al. (2007). "Identification and analysis of functional elements in 1% of the human genome by the ENCODE pilot project". Nature. 447 (7146): 799–816.
Ecker JR, Bickmore WA, Barroso I, Pritchard JK, Gilad Y, Segal E (September 2012). "Genomics: ENCODE explained". Nature. 489 (7414): 52–5. Bibcode:2012Natur.489...52E. doi:10.1038/489052a. PMID 22955614
Wray et al. Convergent adaptation of human lactase persistence in Africa and Europe. Nat Genet. 2007 Jan;39(1):31-40.