02.06.2010

La comparació del genoma humà amb el d'altres espècies ha identificat estructures repetitives funcionals

ADNUn treball dut a terme íntegrament pel grup de recerca en Genòmica Evolutiva dins dels grup de Genòmica Computacional del GRIB (UPF-IMIM), dirigit per Mar Albà, cap del grup i investigadora ICREA, que s'acaba de publicar online a la revista Genome Research, ha comparat el genoma humà amb el genoma d'altres especies de vertebrats per esbrinar quins dels motius repetitius que es troben a les proteïnes humanes són importants pel bon funcionament de l'organisme, i quins podrien correspondre a la fracció del genoma anomenada "basura" (sense funció).

Els motius repetitius són estructures en les que un mateix aminoàcid es repeteix varies vegades seguides i es troben en aproximadament el 20% de les proteïnes humanes. Fins fa poc es pensava que no eren funcionals, d'aquí la denominació de "basura", però estudis recents han mostrat que algunes d'aquests fragments repetits tenen una funció important. Per exemple, en alguns casos s'ha vist que quan muten, causen malalties del desenvolupament o neurodegeneratives com ara la malaltia de Huntington.

Això fa que sigui encara més important identificar quins motius repetitius són funcionals, ja que podrien estar involucrats en malalties per a les quals encara no es coneix l'origen genètic. 

Els motius repetitius funcionals s'han seleccionat al llarg de l'evolució

La principal novetat d'aquest estudi ha estat confrontar el grau de conservació dels motius repetitius que es troben a les proteïnes humanes - aquells que no sabem si són funcionals o "basura" - amb el grau de conservació d'una col·lecció de motius que sabem que són basicament "basura". Aquest últims s'han identificat en base a la seva localització en el genoma, fora de les regions que codifiquen per proteïnes.

AlbaMar Albà, investigadora ICREA i coordinadora del grup de recerca de Genòmica Evolutiva del GRIB (UPF-IMIM) explica que "Hem observat que si el motiu es troba en una zona que codifica per una proteïna,  sovint es troba també present en moltes altres espècies. En canvi, si el motiu es troba en una regió que no codifica per a una proteïna, no és funcional. Això implica que la majoria de motius repetitius en les proteïnes humanes podrien tenir una funció, ja que hi observem una petjada important de la selecció natural".

Per mesurar la conservació evolutiva s'han utilitzat els genomes d' onze especies de vertebrats, incloent espècies relativament properes als humans, com el ratolí o la vaca, i espècies més llunyanes, com ara els peixos. Si un motiu repetitiu en una proteïna humana es troba molt més conservat que els motius "basura" podem concloure que la selecció natural ha jugat un paper en la seva preservació. En l'estudi s'ha calculat que aproximadament el 90% de les estructures repetitives en proteïnes humanes que es troben conservades en altres espècies de mamífers s'ha mantingut per selecció. Trobar que un motiu està ben conservat en mamífers és doncs suficient per sospitar que el motiu es funcional.

Han identificat 92 estructures repetitives podrien ser rellevants

ADN repetitiveEntre les estructures repetitives analitzades, l'estudi n'ha seleccionat un grup de 92 que, per la seva llargada, i important grau de conservació en diferents espècies de vertebrats, tenen una molt alta probabilitat de jugar un paper funcional important a la cèl·lula.

Aquest grup d'estructures repetitives  inclou dues repeticions d'alanina en els gens HOXD13 i PHOX2B que quan muten i es fan més llargues causen polidactília i síndrome d'hipoventilació central congènita, respectivament. També inclou dues repeticions d'histidina en les proteïnes FAM76B i DYRK1A que són importants per una correcta localització de la proteïna a la cèl.lula. Mutacions en altres motius de la llista de 92 podrien també donar lloc a alteracions importants, que s'hauran d'investigar.

El treball publicat a Genome Research ha estat dut a terme integrament per membres del grup de Genòmica Evolutiva, del GRIB (UPF-IMIM).  L'equip d'investigadors ha estat integrat per Loris Mularoni, actualment a la Universitat John Hopkins (EUA), Alice Ledda i Macarena Toll-Riera, ambdues acabant el seu doctorat i  Mar Albà, coordinadora del grup.

Article de referència:

Mularoni, L., Ledda, A., Toll-Riera, M., Albà, M.M. (2010), " Natural selection drives the accumulation of amino acid tandem repeats in human proteins". Genome Research, Advanced Online Publication, 24th March 2010.