SAN JUAN, PUERTO RICO-Nuevos datos de secuenciación de ADN refuerzan la noción de que los cromosomas X y Y, que determinan el sexo biológico en los mamíferos, están enfrascados en una batalla evolutiva por la supremacía.

David Page, un biólogo que dirige el Instituto Whitehead en Cambridge, Massachusetts, y sus colegas exploraron los cromosomas Y que poseen los machos de varias especies, haciendo un mapeo de tramos misteriosos y repetitivos de ADN con un detalle sin precedentes. Estos trozos pueden señalar un enfrentamiento de larga data entre los cromosomas.

Page presentó los resultados la semana pasada en una reunión de la Sociedad para el Estudio de la Reproducción, en San Juan, Puerto Rico. Los sujetos de su estudio incluyeron seres humanos y otros primates, un ratón común de laboratorio y un toro llamado Domino.

“Esta idea de conflicto entre los cromosomas ha estado latente por bastante tiempo”, dice Tony Gamble, biólogo evolutivo de la Universidad de Minnesota, en Minneapolis. Pero los datos de secuenciación del cromosoma Y del toro sugieren que el fenómeno está más extendido de lo que se pensaba anteriormente, agrega.

Durante mucho tiempo se pensó que el cromosoma Y de los mamíferos era como una especie de desierto genómico, reduciéndose en el transcurso de la evolución y en gran medida carente de información pertinente. El trabajo de Page ha ayudado a cambiar la percepción del cromosoma Y, al revelar que contiene patrones notables de secuencias repetidas que aparecen docenas o cientos de veces.

Pero la estructura de esas secuencias y las medidas precisas de la frecuencia con la que se repiten han sido difíciles de determinar. Las tecnologías de secuenciación estándar a menudo no pueden distinguir entre largos tramos de código genético que difieren en una sola ‘letra’ del ADN.

Letra por letra

Page y sus colaboradores evitaron este problema usando lo que el experto llama secuenciación de “súper resolución” (una técnica más conocida como mapeo y secuenciación de haplotipo único iterativo, o SHIMS, por sus siglas en inglés), que puede detectar variaciones minúsculas como esas en largos segmentos de ADN.

El equipo secuenció varios tramos largos y continuos del cromosoma Y, y analizó cuidadosamente las áreas que parecían como si estuvieran superpuestas. Así encontraron que las estructuras repetidas representan alrededor de 24% del ADN accesible en el cromosoma Y humano, y 44% en el toro.

Y en el cromosoma Y del ratón, que es mucho más largo que el de un humano, las estructuras repetidas representan casi 90% del ADN accesible. Los intrincados patrones, que a menudo contienen palíndromos —secuencias que se leen igual de adelante o de atrás— poseen tres familias de genes que codifican proteínas. Sin embargo, qué hacen los genes —y cómo llegaron hasta allí—sigue siendo un misterio.

En los mamíferos, los cromosomas X y Y surgieron hace relativamente poco, a partir de un par de cromosomas regulares antes de diferenciarse entre sí. Ambos comparten muchas de las estructuras que provienen de su origen ancestral, pero esas regiones repetitivas parecen venir de otro lugar.

Los genes repetidos en el cromosoma Y del ratón no se parecen a nada en el cromosoma Y humano, pero sí tienen análogos en el cromosoma X del ratón. Y en el ratón, en el ser humano y en el toro, los genes repetidos en los cromosomas Y y X se expresan en las células germinales masculinas que eventualmente producen los espermatozoides.

Una caja negra biológica

En conjunto, Page argumenta que esto es evidencia de que los genes están involucrados en la unidad meiótica, un proceso biológico que subvierte las reglas comunes de la herencia. En ella, una versión particular de un gen —o en este caso, un cromosoma entero— logra aumentar la frecuencia por la que es transmitida a la siguiente generación.

No está claro cómo funciona esto. El esperma lleva un cromosoma X o uno Y; los genes expresados en los testículos, donde se producen las células, pueden influir en qué espermatozoide tendrá más posibilidades de fertilizar un óvulo.

Estudios anteriores respaldan esta idea. Un equipo dirigido por el genetista Paul Burgoyne y sus colaboradores del Instituto Nacional de Investigación Médica MRC en Mill Hill, Reino Unido, halló que los ratones con una deleción parcial del cromosoma Y tienen descendencia con una con mayor proporción de mujeres. Posteriormente, los investigadores cambiaron la proporción de sexos en las crías en ambas direcciones, jugando con la expresión de estos genes multicopiados.

Por supuesto, los ratones —en la naturaleza y en el laboratorio— usualmente mantienen una proporción equitativa de los sexos. No hacerlo podría afectar la supervivencia de la especie. De este modo, mientras estos genes que promueven el cromosoma Y hacían múltiples copias de sí mismos, mecanismos necesarios para reprimir sus impulsos egoístas evolucionaron. Los resultados de Page ofrecen un modo de explorar esa historia evolutiva; los datos del genoma del toro sugieren que los cromosomas X y Y del ratón podrían no ser excepciones.

Con más datos de secuenciación de alta resolución, los investigadores podrían encontrar más respaldo para explicar las batallas genómicas de los sexos y, posiblemente, descubrir otras sorpresas. “Existe un rico tapiz de lo que son capaces de hacer los cromosomas sexuales”, dice Gamble.

 

Este artículo se reproduce con permiso y fue publicado por primera vez el 26 de junio de 2015