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Paradoja del valor G

La paradoja del valor G surge de la falta de correlación entre el número de genes codificadores de proteínas entre los eucariotas y su complejidad biológica relativa. El nematodo microscópico Caenorhabditis elegans , por ejemplo, está compuesto de sólo mil células pero tiene aproximadamente el mismo número de genes que un ser humano. [1] [2] Los investigadores sugieren que la resolución de la paradoja puede estar en mecanismos como el empalme alternativo y la regulación genética compleja que hacen que los genes de los humanos y otros eucariotas complejos sean relativamente más productivos. [3]

El ADN y la complejidad biológica

La falta de correlación entre la complejidad morfológica de los eucariotas y la cantidad de información genética que portan ha desconcertado a los investigadores durante mucho tiempo. [4] La gran cantidad de ADN en un organismo, medida por la masa de ADN presente en el núcleo o el número de pares de nucleótidos constituyentes , varía en varios órdenes de magnitud entre eucariotas y a menudo no está relacionada con el tamaño de un organismo o la complejidad del desarrollo. [5] Una ameba tiene 200 veces más ADN por célula que los humanos, [6] e incluso los insectos y las plantas dentro del mismo género pueden variar drásticamente en su cantidad de ADN. [7] Esta paradoja del valor C preocupó a los científicos del genoma durante muchos años.

Finalmente, los investigadores reconocieron que no todo el ADN contribuye directamente a la producción de proteínas y otras funciones biológicas. [8] Susumu Ohno acuñó la frase " ADN basura " para describir estas franjas no funcionales de ADN. [9] Incluyen intrones , secuencias genéticas que se eliminan después de la transcripción en ARNm y, por lo tanto, no se traducen en proteínas; [4] [10] elementos transponibles que son fragmentos móviles de ADN, la mayoría de los cuales no son funcionales en humanos; [8] [11] y pseudogenes , secuencias de ADN no funcionales que se originaron a partir de genes funcionales. [12] La proporción del genoma humano que puede considerarse "basura" sigue siendo controvertida. Las estimaciones llegan tan bajo como 8% [13] y tan alto como 80%, [14] con un investigador argumentando que hay un techo fijo del 15% impuesto por la carga genética del genoma . [15] ( Los procariotas , que tienen poco ADN "basura" en comparación, exhiben una relación bastante estrecha entre el tamaño del genoma y la funcionalidad biológica). [16]

En cualquier caso, la suposición era que una vez que se eliminara la paradoja C y el foco se desplazara al número de genes codificadores de proteínas, surgiría la correlación anticipada entre la información genética y la complejidad biológica en los eucariotas. [3] Desafortunadamente, la paradoja del valor G simplemente retomaba lo que había dejado la paradoja del valor C, porque la discrepancia persistió cuando las comparaciones se restringieron a los genes codificadores de proteínas. [3] [17]

Paradoja del valor G

Las estimaciones del número de genes codificantes en el genoma humano alcanzaron más de 100.000 antes del proyecto genoma humano , [18] pero desde entonces han disminuido a tan solo 19.000 tras la finalización de ese esfuerzo masivo de secuenciación y los refinamientos posteriores. [1] En comparación, la pulga de agua microscópica Daphnia pulex tiene alrededor de 31.000 genes; [19] el nematodo C. elegans alrededor de 19.700; [2] la mosca de la fruta ( Drosophila melanogaster ) alrededor de 14.000; [20] el pez cebra ( Danio rerio ), 26.000; [21] y la pequeña planta con flores Arabidopsis thaliana , 27.000. [22] Las plantas en general tienden a tener más genes que otros eucariotas. [23] Una explicación es su mayor incidencia de duplicación de genes y de todo el genoma y la retención de esos genes adicionales, debido en parte al desarrollo de una gran colección de metabolitos secundarios defensivos . [23]

La aparente desconexión entre el número de genes de una especie y su complejidad biológica se denominó paradoja del valor G. [3] Si bien la paradoja del valor C se desenmascaró con el descubrimiento de secuencias masivas de ADN no codificante, la resolución de la paradoja del valor G parece basarse en diferencias en la productividad del genoma. Los humanos y otros eucariotas complejos simplemente pueden ser capaces de hacer más con lo que tienen, genéticamente hablando.

Entre los mecanismos citados para esta mayor productividad se encuentran controles transcripcionales más sofisticados , [24] proteínas multifuncionales, mayor interacción entre productos proteicos, splicing alternativo [25] y modificaciones postraduccionales que pueden producir varios productos proteicos a partir de la misma materia prima genética. [3] [24] Además, miles de ARN no codificantes que se transcriben a partir del ADN pero no se traducen en proteínas han surgido como importantes reguladores de la expresión génica y el desarrollo en humanos y otros eucariotas. [26] Incluyen secuencias cortas de ARN, como microARN (miARN), ARN pequeños interferentes (siARN) y ARN que interactúan con Piwi (piARN), [26] y ARN largos no codificantes (lncARN) que pueden regular la expresión génica en diferentes etapas del desarrollo. [27] Algunos investigadores sugieren que, en lugar del número de genes, el enfoque ahora debería cambiar a las interacciones genéticas y la red de mecanismos reguladores genéticos que les permiten sustentar una variedad de actividades biológicas. [28] [24] Estas transiciones han llevado el análisis de la complejidad genética desde el valor C al valor G y a lo que algunos llaman el valor I, una medida de la información total contenida en un genoma. [3]

Definición de complejidad

Uno de los desafíos en el largo debate sobre el desajuste entre el tamaño del genoma y la complejidad biológica ha sido la ambigüedad a la hora de definir la complejidad. ¿Se trata de la cantidad de tipos de células en un organismo, de la sofisticación de su sistema nervioso o de la cantidad de proteínas diferentes que produce? [17] Según algunas definiciones, la mayor complejidad de los humanos en comparación con otros organismos puede ser ilusoria. [29] Incluso una vez definida la complejidad, algunos investigadores sostienen que la complejidad en la función no requiere necesariamente la misma complejidad en el proceso. La evolución no es un modelo de eficiencia, sino que recorre un camino tortuoso que conduce a un genoma más engorroso de lo necesario en algunas especies. [30]

Referencias

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