Investigadors de l’IRBio exploren l'evolució dels gens
L'estudi es centra en la influència dels “gens saltants” en la neuroplasticitat: un nou enfocament per comprendre l'evolució dels animals.
L'ús de peixos zebra revela la interacció d’aquests gens en les xarxes neurals.
Investigació pionera sobre els gens neurals ARC
El projecte REARCTE té com a objectiu desxifrar les bases de l’evolució dels gens neurals ARC: uns gens essencials per l'emmagatzematge d'informació de llarga durada al cervell dels mamífers, enfocat en entendre com els elements transposables (o gens saltants “jumping genes”), poden adquirir funcions biològiques noves i rellevants.
El projecte, liderat pel Dr. Ignacio Maeso Martín, investigador de l’ Institut de Recerca de la Biodiversitat de la Universitat de Barcelona, del grup de recerca Evolution of Molecular Novelties and Gene Regulation compta amb la participació de Manuel Fernandez, estudiant de doctorat i de Beatriz Loría, Tècnica d'investigació.
Els gens saltants: una eina evolutiva
Els “gens saltants”, també coneguts com a elements transposables, són seqüències d'ADN que tenen la capacitat de moure's o "saltar" d'una posició a una altra dins del genoma d'una cèl·lula. Aquest procés, conegut com a transposició, es pot dur a terme de diverses maneres: alguns elements es tallen i es reintegren en un altre lloc del genoma, mentre que d'altres es copien, deixant una còpia a la posició original.
Els elements transposables poden tenir un impacte significatiu en l'evolució i la diversitat genètica de les espècies, ja que poden alterar l'expressió de gens, activar o desactivar certs gens, o fins i tot crear noves funcions. Al llarg de l'evolució, aquests "salts" han influït en la formació de noves estructures i funcions biològiques. Un exemple notable és la seva implicació en el desenvolupament de la placenta en mamífers, on elements transposables van ajudar a integrar funcions genètiques essencials per a la formació d'aquesta estructura. També s'ha vist la seva influència en gens de desenvolupament en vertebrats, que són clau per a la formació d'òrgans i estructures corporals.
Aquests elements transposables, com alguns retrovirus, són, sovint, etiquetats com a entitats paràsites o “egoistes”. Tanmateix, al llarg de l'evolució, han jugat un paper crucial en la innovació genòmica en múltiples llinatges d'animals i plantes. Quan aquests elements són integrats pels genomes hoste, poden a vegades adquirir funcions noves i beneficioses és a dir: domesticats. El projecte REARCTE se centra a investigar si aquestes proteïnes d'origen transposable poden predisposar-se a adquirir funcions amb significat biològic nou, especialment en processos neurals.
Un fenomen sorprenent: la doble domesticació
Els gens ARC, que regulen la plasticitat neuronal i estan implicats en l'aprenentatge, són un exemple fascinant de domesticació d’elements transposables. Tot i tenir funcions similars, aquests gens no estan evolutivament relacionats entre ells, sinó que han aparegut de manera independent en diferents llinatges, com en les mosques i els vertebrats terrestres. Això significa que han emergit repetidament (en aquest cas dues vegades) a partir d'elements transposables en grups d'animals diferents: es tracta d’una doble domesticació.
El que fa que els gens ARC siguin especialment interessants és que encara conserven la capacitat de formar càpsides víriques (estructures pròpies dels virus), que permeten la comunicació entre neurones mitjançant el transport d'ARN. Aquesta característica viral podria haver estat essencial per a la seva domesticació reiterada en diversos llinatges animals: les càpsides podrien haver ofert avantatges en processos com la comunicació neuronal.
Experiments amb peixos zebra
El projecte utilitza un enfocament innovador amb peixos zebra transgènics. Aquests peixos expressen nous gens en les seves neurones: gens derivats de gens saltants. Aquest mètode permet als investigadors estudiar com les proteïnes exògenes interactuen amb les xarxes neurals existents, cosa que no és possible en peixos zebra sense modificacions. L'objectiu és determinar si aquests gens s'integren en les xarxes cel·lulars preexistents. També busquen comprendre millor les forces evolutives que afavoreixen aquestes adaptacions.
Primeres troballes i col·laboracions clau
Fins ara, l'equip ha establert dues línies d’investigació: una que expressa el gen ARC de ratolí i una altra amb el gen ARC de la mosca de la fruita. Les investigacions actuals se centren a analitzar els canvis en l'expressió gènica, l'activitat de les larves, la localització de les proteïnes en les neurones i les seves interaccions amb altres proteïnes. Aquest projecte forma part de la tesi doctoral de Manuel Fernández Moreno, codirigida per Manuel Irimia investigador ICREA de la Universitat Pompeu Fabra i del Centre de Regulació Genòmica que també participa en la recerca. El grup Evolution of Molecular Novelties and Gene Regulation del Dr. Maeso és part de diverses xarxes de recerca, com el grup de Recerca d'Evolució i Desenvolupament (EvoDevoCat), la Xarxa de Regulación Genómica (R2G) i LifeHub.
L'estudi de la domesticació dels elements transposables en processos neurals ofereix una nova perspectiva sobre com les forces evolutives poden modelar les xarxes genètiques en diferents espècies, i pot aportar noves pistes sobre el funcionament del cervell i la seva evolució.