Nueva ruta hacia la evolución: cómo el ADN de nuestras mitocondrias entra en nuestros genomas

En un estudio publicado hoy en Naturalezainvestigadores de la Universidad de Cambridge y la Universidad Queen Mary de Londres muestran que las mitocondrias ADN también aparece en el ADN del cáncer, lo que sugiere que actúa como un parche para tratar de reparar el daño a nuestro código genético.

Las mitocondrias son pequeños ‘orgánulos’ que se encuentran dentro de nuestras células, donde actúan como baterías, proporcionando energía en forma de molécula ATP para alimentar las células. Cada mitocondria tiene su propio ADN, el ADN mitocondrial, que es distinto del resto del genoma humano, que se compone de ADN nuclear.

El ADN mitocondrial se transmite por línea materna, es decir, lo heredamos de nuestras madres, no de nuestros padres. Sin embargo, un estudio publicado en PNAS en 2018 por investigadores del Centro Médico del Hospital Infantil de Cincinnati en los EE. UU. informó evidencia que sugería que parte del ADN mitocondrial se había transmitido por línea paterna.

Para investigar estas afirmaciones, el equipo de Cambridge analizó el ADN de más de 11.000 familias reclutadas en el Proyecto 100.000 Genomas de Genomics England, en busca de patrones que pareciera la herencia paterna. El equipo de Cambridge encontró ‘insertos’ de ADN mitocondrial en el ADN nuclear de algunos niños que no estaban presentes en el de sus padres. Esto significaba que el equipo estadounidense probablemente había llegado a conclusiones equivocadas: lo que habían observado no era ADN mitocondrial heredado por vía paterna, sino estos insertos.

Ahora, extendiendo este trabajo a más de 66,000 personas, el equipo demostró que las nuevas inserciones en realidad están ocurriendo todo el tiempo, mostrando una nueva forma en que evoluciona nuestro genoma.

El profesor Patrick Chinnery, de la Unidad de Biología Mitocondrial del Consejo de Investigación Médica y el Departamento de Neurociencias Clínicas de la Universidad de Cambridge, explicó: “Hace miles de millones de años, una célula animal primitiva absorbió una bacteria que se convirtió en lo que ahora llamamos mitocondria. Estos suministran energía a la célula para que pueda funcionar normalmente, mientras eliminan el oxígeno, que es tóxico en niveles altos. Con el tiempo, fragmentos de estas mitocondrias primitivas han pasado al núcleo celular, lo que permite que sus genomas se comuniquen entre sí.

“Se pensó que todo esto sucedió hace mucho tiempo, principalmente antes de que nos hubiéramos formado como especie, pero lo que hemos descubierto es que eso no es cierto. Podemos ver que esto sucede ahora mismo, con fragmentos de nuestro código genético mitocondrial transfiriéndose al genoma nuclear de una manera medible”.

El equipo estima que el ADN mitocondrial se transfiere al ADN nuclear en alrededor de uno de cada 4000 nacimientos. Si esa persona tiene hijos propios, transmitirá estos insertos: el equipo descubrió que la mayoría de nosotros llevamos cinco de los nuevos insertos, y uno de cada siete (14 %) lleva unos muy recientes. Una vez colocados, los insertos ocasionalmente pueden provocar enfermedades muy raras, incluida una forma genética rara de cáncer.

No está claro exactamente cómo se inserta el ADN mitocondrial, ya sea directamente oa través de un intermediario, como el ARN, pero el profesor Chinnery dice que es probable que ocurra dentro de los óvulos de la madre.

Cuando el equipo analizó las secuencias extraídas de 12 500 muestras de tumores, descubrió que el ADN mitocondrial era incluso más común en el ADN tumoral, surgiendo en aproximadamente uno de cada 1000 cánceres y, en algunos casos, las inserciones de ADN mitocondrial en realidad causan el cáncer.

“Nuestro código genético nuclear se rompe y se repara todo el tiempo”, dijo el profesor Chinnery. “El ADN mitocondrial parece actuar casi como una curita, una tirita adhesiva para ayudar a que el código genético nuclear se repare a sí mismo. Y a veces esto funciona, pero en raras ocasiones puede empeorar las cosas o incluso desencadenar el desarrollo de tumores”.

Más de la mitad (58%) de las inserciones se realizaron en regiones del genoma que codifican proteínas. En la mayoría de los casos, el cuerpo reconoce el ADN mitocondrial invasor y lo silencia en un proceso conocido como metilación, mediante el cual una molécula se adhiere al inserto y lo apaga. Un proceso similar ocurre cuando los virus logran insertarse en nuestro ADN. Sin embargo, este método de silenciamiento no es perfecto, ya que algunas de las inserciones de ADN mitocondrial se copian y se mueven alrededor del propio núcleo.

El equipo buscó evidencia de que podría ocurrir lo contrario, que el ADN mitocondrial absorbe partes de nuestro ADN nuclear, pero no encontró ninguna. Es probable que haya varias razones por las que este debería ser el caso.

En primer lugar, las células solo tienen dos copias de ADN nuclear, pero miles de copias de ADN mitocondrial, por lo que las posibilidades de que el ADN mitocondrial se rompa y pase al núcleo son mucho mayores que al revés.

En segundo lugar, el ADN en las mitocondrias está empaquetado dentro de dos membranas y no hay agujeros en la membrana, por lo que sería difícil que el ADN nuclear entrara. Por el contrario, si el ADN mitocondrial logra salir, los agujeros en la membrana que rodea al ADN nuclear le permitirían pasar con relativa facilidad.

El profesor Sir Mark Caulfield, subdirector de Salud de la Universidad Queen Mary de Londres, dijo: “Estoy encantado de que el Proyecto 100.000 Genomas haya desbloqueado la interacción dinámica entre el ADN mitocondrial y nuestro genoma en el núcleo de la célula. Esto define un nuevo papel en la reparación del ADN, pero también uno que ocasionalmente podría desencadenar enfermedades raras, o incluso malignidad”.

La investigación fue financiada principalmente por el Consejo de Investigación Médica, Wellcome y el Instituto Nacional de Investigación en Salud.

Referencia
Wei, E et al. Secuencias de ADN mitocondrial con incrustaciones nucleares en 66.083 genomas humanos. Naturaleza; 5 de octubre de 2022; DOI: 10.1038/s41586-022-05288-7

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