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# Biología # Genética

El Lado Oscuro del ADN: Conductores Meióticos Asesinos

Elementos de ADN egoístas amenazan la supervivencia de las especies a través de la competencia.

Ananya Nidamangala Srinivasa, Samuel Campbell, Shriram Venkatesan, Nicole L. Nuckolls, Jeffrey J. Lange, Randal Halfmann, SaraH Zanders

― 6 minilectura


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En el mundo de la biología, el ADN a veces puede ser un poco egoísta. Algunas partes del ADN son conocidas como "ADN egoísta" porque intentan multiplicarse a costa del bienestar del organismo entero. Un tipo interesante de este comportamiento egoísta sucede durante la reproducción en ciertos organismos, donde estas secuencias de ADN pueden incluso causar la muerte de algunos de los descendientes si no heredan los "genes correctos".

¿Qué Son los Conductores Meióticos Asesinos?

Los conductores meióticos asesinos son tipos especiales de estos elementos de ADN egoísta. Funcionan asegurándose de que los descendientes que no tienen el gen conductor sean destruidos, lo que lleva a una situación donde solo los descendientes que poseen el gen conductor sobreviven. Esto se puede comparar con un juego donde solo los jugadores con las mejores cartas se quedan en el juego, mientras que los demás quedan fuera automáticamente. Aunque suene astuto, estos conductores pueden ser bastante dañinos para la aptitud general del organismo porque pueden llevar a tener menos descendientes viables.

Evolución de los Conductores Meióticos Asesinos

Curiosamente, estos conductores asesinos han aparecido de forma independiente en varias especies, lo que significa que diferentes especies han ideado trucos similares sin tener un ancestro común. Aunque hay varios tipos de conductores meióticos asesinos, a menudo comparten ciertas características que los conectan. A pesar de la aparente variedad, hay solo un puñado de formas en que estos conductores funcionan, lo que ayuda a los investigadores a estudiarlos y sus efectos.

Los Genes Wtf: Un Caso Especial

Entre todos estos conductores asesinos, los genes wtf son particularmente notables. Son una familia de genes que evolucionan rápidamente y se encuentran en ciertas especies de levaduras. Cada gen produce dos proteínas: un veneno y un antídoto. El veneno es letal para las esporas que no heredan un antídoto correspondiente, mientras que las esporas que sí tienen el antídoto pueden neutralizar el veneno y sobrevivir. Es un poco como un cómic de superhéroes donde solo aquellos con el antídoto secreto viven felices para siempre.

Función de las Proteínas Wtf

Los genes wtf codifican estas proteínas de veneno y antídoto en secciones superpuestas de su ADN, lo que significa que los cambios en el ADN pueden crear nuevos venenos y Antídotos al mismo tiempo. Esta rápida evolución permite que estos genes se adapten rápidamente, lo que puede ser beneficioso para su supervivencia.

¿Cómo Funciona el Antídoto Wtf?

La proteína antídoto incluye una parte específica que le ayuda a llegar al sitio de eliminación de desechos de la célula, o vacuola, donde puede eliminar el veneno. Cuando ambas proteínas están presentes, el antídoto trabaja uniéndose al veneno y guiándolo hacia la vacuola. Esta cooperación entre las dos proteínas es esencial para la supervivencia de las esporas.

Compatibilidad y Alelos Autodestructivos

La compatibilidad de estas proteínas de veneno y antídoto juega un papel crucial en si los descendientes tienen un futuro saludable. Si las proteínas son incompatibles, los descendientes podrían tener un veneno tóxico sin un antídoto efectivo, llevándolos a la autodestrucción. Esta situación puede ser un verdadero bajón para la población, causando infertilidad. Es como jugar un juego de mesa donde las reglas siguen cambiando y algunos jugadores olvidan cómo jugar.

Analizando los Conductores Wtf

En un esfuerzo por entender mejor estas proteínas, los investigadores analizaron una amplia variedad de proteínas Wtf de diferentes especies. Descubrieron que, aunque estas proteínas compartían poco en términos de estructura, tenían una habilidad común para formar ensamblajes, lo cual es crucial para su función. Cuanto más se ensamblan, más tóxicas pueden ser. Examinaron mutaciones que cambiaban estas proteínas para ver cómo afectaba su comportamiento en levaduras.

El Papel del Ensamblaje de Proteínas

Uno de los hallazgos clave fue que cómo se ensamblan estas proteínas está ligado a su toxicidad. Cuando las proteínas forman ensamblajes pequeños y dispersos, tienden a ser más tóxicas. Por el contrario, cuando forman grupos más grandes y concentrados, se vuelven menos dañinas. Esto es similar a un programa de cocina donde la receta pide una pizca de sal; demasiado puede arruinar el plato.

Mutaciones y Sus Efectos

Los investigadores crearon muchas mutaciones en los genes wtf para rastrear cómo los cambios afectarían el ensamblaje y la toxicidad de las proteínas. Algunos mutantes produjeron proteínas que, aunque aún formaban ensamblajes, ya no eran tóxicas. Aunque esto parezca una victoria para la levadura, es un ejemplo claro de cómo las proteínas pueden evolucionar y adaptarse.

Función del Antídoto y Limitaciones

También se realizaron experimentos con la proteína antídoto Wtf, que destacaron que estar físicamente vinculada al veneno no siempre es suficiente para un rescate efectivo. Incluso si el antídoto está presente, tiene que estar ensamblado correctamente con el veneno para neutralizarlo efectivamente. Si no se ensambla correctamente, el antídoto es como un superhéroe sin sus poderes: sigue ahí, pero no es muy útil.

La Región C-Terminal

Un hallazgo intrigante sobre el antídoto fue su región C-terminal, que parecía jugar un papel en su efectividad. Los investigadores probaron varias versiones del antídoto para ver cómo los cambios en esta parte afectarían la función. Mucho como un concursante de un reality show que sigue cambiando su peinado para mantenerse relevante, el antídoto tuvo que adaptarse para mantener su función efectiva.

El Paisaje de Aptitud

Los investigadores también especularon sobre los impactos más amplios de estos conductores asesinos en sus poblaciones. La presencia de alelos autodestructivos podría llevar a una situación donde la fertilidad de una población se viera afectada debido a estas proteínas incompatibles. Es como una fiesta donde algunos invitados no pueden llevarse bien, haciendo que todos se vayan temprano.

Evolución Rápida y Alelos Autodestructivos

La capacidad de evolucionar rápidamente puede darle a estos conductores una ventaja en su entorno. Sin embargo, también presenta riesgos. La introducción de alelos autodestructivos no solo amenaza a los organismos individuales, sino que también podría crear problemas a largo plazo para las poblaciones.

Conclusión

El estudio del ADN egoísta, especialmente en el contexto de los conductores meióticos asesinos como los genes wtf, revela ideas fascinantes sobre evolución, compatibilidad y dinámica poblacional. Aunque estos conductores poseen la capacidad de asegurar su propio éxito, también conllevan el riesgo de crear escenarios letales para sus portadores. En este complejo juego de supervivencia, el equilibrio entre la competencia y la cooperación entre genes sigue intrigando y desconcertando a los científicos.

Fuente original

Título: Functional constraints of wtf killer meiotic drivers

Resumen: Killer meiotic drivers are selfish DNA loci that sabotage the gametes that do not inherit them from a driver+/driver-heterozygote. These drivers often employ toxic proteins that target essential cellular functions to cause the destruction of driver- gametes. Identifying the mechanisms of drivers can expand our understanding of infertility and reveal novel insights about the cellular functions targeted by drivers. In this work, we explore the molecular mechanisms underlying the wtf family of killer meiotic drivers found in fission yeasts. Each wtf killer acts using a toxic Wtfpoison protein that can be neutralized by a corresponding Wtfantidote protein. The wtf genes are rapidly evolving and extremely diverse. Here we found that self-assembly of Wtfpoison proteins is broadly conserved and associated with toxicity across the gene family, despite minimal amino acid conservation. In addition, we found the toxicity of Wtfpoison assemblies can be modulated by protein tags designed to increase or decrease the extent of the Wtfpoison assembly, implicating assembly size in toxicity. We also identified a conserved, critical role for the specific co-assembly of the Wtfpoison and Wtfantidote proteins in promoting effective neutralization of Wtfpoison toxicity. Finally, we engineered wtf alleles that encode toxic Wtfpoison proteins that are not effectively neutralized by their corresponding Wtfantidote proteins. The possibility of such self-destructive alleles reveals functional constraints on wtf evolution and suggests similar alleles could be cryptic contributors to infertility in fission yeast populations. As rapidly evolving killer meiotic drivers are widespread in eukaryotes, analogous self-killing drive alleles could contribute to sporadic infertility in many lineages.

Autores: Ananya Nidamangala Srinivasa, Samuel Campbell, Shriram Venkatesan, Nicole L. Nuckolls, Jeffrey J. Lange, Randal Halfmann, SaraH Zanders

Última actualización: 2024-12-02 00:00:00

Idioma: English

Fuente URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.08.27.609905

Fuente PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.08.27.609905.full.pdf

Licencia: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

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