Duplicación de genes y el misterio de TBC1D3

La Duplicación de genes es un proceso donde se copia un gen, resultando en dos o más copias dentro de un genoma. Este proceso es un motor clave de la evolución, ayudando a que nuevos genes aparezcan en diferentes especies. Un número significativo de estas duplicaciones ocurren en regiones específicas del genoma conocidas como duplicaciones segmentarias. Las duplicaciones segmentarias pueden ser grandes, consistiendo en al menos 1,000 pares de bases, y tienen alta similitud entre las copias.

En los humanos, muchos genes que son únicos de nuestra especie se encuentran en estas regiones duplicadas. Con el tiempo, estos genes cambian, sugiriendo que juegan un papel en cómo los humanos han evolucionado en comparación con otros primates. Estudios han demostrado que los genes específicos de humanos a menudo están relacionados con funciones importantes como el reconocimiento de sustancias extrañas, el manejo del metabolismo, el apoyo a las respuestas inmunes y la ayuda al desarrollo del cerebro.

#Enfoque en el Gen TBC1D3

Una familia de genes que es interesante es TBC1D3, que solo se encuentra en primates. Esta familia de genes está esparcida por el cromosoma 17 en los humanos. La mayoría de las copias de TBC1D3 están ubicadas en dos bloques principales en este cromosoma. La investigación indica que TBC1D3 se expresa en varios tejidos, con niveles más altos en el testículo y el cerebro. Inicialmente, TBC1D3 se vinculó al cáncer debido a su presencia en muestras de tumores de próstata. Sin embargo, estudios posteriores mostraron que TBC1D3 puede jugar un papel en el desarrollo cerebral al promover el crecimiento de células específicas en el cerebro durante el desarrollo en ratones.

Los científicos han propuesto dos ideas principales sobre cómo TBC1D3 influye en el crecimiento celular. Una sugerencia es que ayuda a estimular el crecimiento a través de ciertas vías relacionadas con factores de crecimiento. La otra idea es que TBC1D3 se opone a una enzima específica, lo que lleva a un aumento en el crecimiento de las células cerebrales.

#Variación Humana en TBC1D3

La organización y el número de copias de TBC1D3 varían mucho entre los humanos. La investigación ha utilizado diferentes técnicas de ensamblaje para estimar cuántas copias de TBC1D3 existen en varios genomas humanos. Por ejemplo, los datos de ensamblaje muestran un amplio rango de copias de TBC1D3 en diferentes poblaciones humanas. En promedio, los individuos de África tienden a tener un mayor número de copias de TBC1D3 que los de otras regiones.

Cuando los investigadores miraron de cerca el gen TBC1D3 en diferentes genomas humanos, encontraron que muchos individuos tienen estructuras únicas en estas ubicaciones génicas. La diversidad entre estas copias de genes es significativa, y alrededor del 94% de las variaciones estructurales existen entre individuos en ciertos sitios.

#Análisis Comparativo con Primates No Humanos

Para entender mejor TBC1D3, los investigadores lo compararon entre diferentes primates. Estudiaron genomas de varias especies, incluyendo grandes simios, monos del Viejo Mundo, monos del Nuevo Mundo e incluso prosimios como los lémures. El análisis mostró que la mayoría de los primates poseen múltiples copias de TBC1D3, con números que varían significativamente entre especies. Por ejemplo, los titíes tienen dos copias, mientras que los geladas y los gibones pueden tener hasta 31.

Curiosamente, mientras que algunos primates tienen clústeres similares de TBC1D3, otros han experimentado diferentes cambios estructurales. Por ejemplo, los bonobos y los chimpancés tienen menos copias que los humanos en ciertas ubicaciones. Esto sugiere que las copias de TBC1D3 en humanos han aumentado en número en comparación con las de nuestros parientes más cercanos.

#Rearreglos Cromosómicos y TBC1D3

Un hallazgo notable en el análisis comparativo fue que TBC1D3 a menudo aparece cerca de áreas en los cromosomas donde ocurrieron grandes rearrangements. Los investigadores estudiaron estas relaciones en detalle, observando cómo TBC1D3 se ubica en los bordes de inversiones cromosómicas significativas. Una inversión es una situación en la que segmentos de un cromosoma se invierten en orientación.

La presencia de TBC1D3 cerca de estas áreas rearranged sugiere que puede estar involucrado o afectado por estos cambios en la estructura del cromosoma a lo largo del tiempo. Pruebas adicionales confirmaron que TBC1D3 está significativamente asociado con puntos de ruptura en la estructura cromosómica.

#Expresión Génica y Función de TBC1D3

Entender cómo se expresa TBC1D3 en humanos ayuda a aclarar su papel. Los investigadores analizaron el ARN producido por TBC1D3 en varias especies de simios y encontraron que TBC1D3 está activo en todos los primates estudiados. El gen mantiene una estructura similar con 14 exones, pero hay algunas diferencias en cómo se utilizan estos exones en diferentes especies.

En humanos, TBC1D3 tiene una característica única: una deleción de 43 pares de bases en su secuencia que lleva a una sección añadida al final de la proteína. Esta extensión no está presente en otros primates, lo que sugiere una adaptación específica en humanos.

#Selección positiva en Simios Africanos

La investigación también estudió si TBC1D3 ha experimentado selección positiva, lo que significa que ciertos rasgos son favorecidos en términos evolutivos. La evidencia sugiere que TBC1D3 en simios africanos está bajo selección positiva, particularmente entre las copias encontradas en los dos primeros clústeres. Esta selección probablemente ocurrió después de que estas especies se separaron de los orangutanes.

Los científicos identificaron varios sitios en la proteína TBC1D3 que experimentaron cambios debido a esta presión selectiva. Estos cambios pueden contribuir a las diferentes funciones de TBC1D3 entre especies.

#Caracterización Pangenómica de TBC1D3 en Humanos

Dada la variedad de copias de TBC1D3 entre poblaciones humanas, los científicos tomaron un enfoque pangenómico para categorizar y analizar estas variantes génicas. Descubrieron que muchas copias de TBC1D3 son únicas para individuos específicos y que hay al menos 11 grupos distintos dentro de la familia TBC1D3 en humanos.

Algunos grupos de TBC1D3 recientemente identificados no estaban presentes en ensamblajes genómicos humanos anteriores. También hay variaciones en las estructuras de estas copias de genes entre diferentes poblaciones humanas, indicando una rica historia de evolución para esta familia de genes.

#Patrones de Expresión e Implicaciones

Usando secuenciación extensa de varios tejidos humanos, los investigadores analizaron qué copias de TBC1D3 están activamente expresadas. Se encontró que la mayor parte de la expresión proviene de copias en el clúster 2, específicamente de un grupo llamado TBC1D3-CDKL. Este patrón de expresión particular puede arrojar luz sobre por qué TBC1D3 muestra una variación considerable en el número de copias entre individuos: solo un número limitado de copias son funcionalmente activas.

Este escenario es similar a cómo operan algunas otras familias de genes, donde solo unas pocas copias se expresan mientras que otras permanecen inactivas. La expresión única de TBC1D3 en contextos específicos puede permitir que la familia de genes juegue papeles críticos en ciertas vías biológicas sin estar completamente representada en cada copia.

#Conclusión y Direcciones Futuras

El estudio de TBC1D3 presenta una ventana interesante a los cambios genéticos que han moldeado nuestra evolución. La capacidad del gen para duplicarse y variar entre individuos, mientras sigue contribuyendo a funciones importantes, lo ha convertido en un foco para entender la singularidad humana.

La investigación futura examinará cómo estas variaciones en TBC1D3 funcionan y cómo pueden estar involucradas en procesos de desarrollo específicos. Los cambios específicos de los humanos, como el terminus carboxilo único, también serán esenciales para explorar más, ya que entender su papel podría revelar por qué estas adaptaciones han sido beneficiosas en nuestra historia evolutiva. En general, la exploración de TBC1D3 tiene potencial para profundizar nuestra comprensión del trasfondo genético del desarrollo y la evolución humana.