| Sumario: | Se ha propuesto que la divergencia fenotípica entre humanos y chimpancés se debe en gran medida a cambios en la regulación de genes que participan en el desarrollo en lugar de cambios en las secuencias codificantes de proteínas de los genes. Hipotetizamos que la explosión sin precedentes en el repertorio del comportamiento humano se debe a la adquisición de nuevos patrones de expresión de genes preexistentes. Previamente en nuestro laboratorio, se analizó la distribución en el genoma de secuencias genómicas no codificantes (denominados human accelerated elements, HAE) que muestran evidencia de evolución acelerada en el linaje humano (aumento en la tasa de sustitución de nucleótidos). Esto permitió identificar la agrupación más grande de HAEs en el genoma humano ubicada dentro del locus del gen que codifica para la proteína neuronal PAS domain-containing protein 3 (NPAS3). NPAS3 codifica un factor de transcripción bHLH-PAS que se expresa ampliamente en el sistema nervioso en desarrollo del ratón y de humano, y su disfunción se ha asociado con la etiología de la esquizofrenia y el síndrome bipolar en humanos. En el locus de este gen se agrupan 14 HAEs. En este trabajo, realizamos un ensayo comparativo utilizando las secuencias ortólogas de humano y de chimpancé, para determinar si los 14 elementos NPAS3-HAEs funcionan cómo activadores transcripcionales o enhancers en líneas de peces cebra y ratones transgénicos. Identificamos dos NPAS3-HAEs (HAR202 y HACNS658) en los que la versión humana perdió función cómo enhancer en comparación con la versión de chimpancé, que funciona como un fuerte enhancer durante el desarrollo del cerebro. Para determinar si la función enhancer se perdió en el linaje humano o lo que ocurrió fue una ganancia de función en el linaje de chimpancé, seleccionamos el elemento HAR202 y realizamos estudios comparativos con secuencias de mono macaco Rhesus, ratón y pez cebra. Encontramos que el elemento HAR202 perdió específicamente su función enhancer como consecuencia del proceso evolutivo en el linaje humano. Para analizar cuál es el efecto funcional de la perdida de HAR202 sobre la expresión del gen NPAS3 generamos un linaje de ratones mutantes que carece de este elemento en el genoma. Además, identificamos un elemento regulatorio, HACNS96 que ganó función de activador transcripcional en el sistema nervioso central en el linaje humano. Por otra parte, ha sido ampliamente estudiada la función del gen NPAS3 en el desarrollo del cerebro y también en el desarrollo de las vías respiratorias. Sin embargo, ha sido postulado que este gen podría participar también en el desarrollo craneofacial ya que personas que presentan una deleción en su genoma que incluye al gen NPAS3 presentan holoprosencefalia. La holoprosencefalia (HPE) es la anomalía del desarrollo más común que afecta el patrón del prosencéfalo humano y las estructuras craneofaciales asociadas. Para investigar si npas3 está involucrado en el desarrollo de estructuras craneofaciales, realizamos estudios de genética molecular en el pez cebra. El análisis de npas3 de peces cebra mutantes nulos (knockout) y en los que se indujo una marcada reducción de la expresión (knockdown) reveló anormalidades craneofaciales críticas que indican que este gen desempeña un papel clave en el desarrollo de estas estructuras. Además, npas3 demostró ser esencial para el desarrollo del sistema nervioso y del sistema branquial en el pez cebra. Curiosamente, la ablación o reducción de npas3 afecta la expresión de Sonic hedgehog (shha), un gen maestro del desarrollo que cuando se muta produce holoprosencefalia. Nuestros resultados sugieren el gen NPAS3 desempeña un papel en el desarrollo craneofacial.
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