Los científicos han demostrado que en uno de cada 4.000 nacimientos, parte del código genético de nuestras mitocondrias -las «baterías» que alimentan nuestras células- se inserta en nuestro ADN, lo que revela una nueva y sorprendente idea sobre la evolución de los seres humanos.

En un estudio publicado en Nature, investigadores de la Universidad de Cambridge y de la Universidad Queen Mary de Londres demuestran que el ADN mitocondrial también aparece en el ADN de algunos cánceres, lo que sugiere que actúa como una tirita para intentar reparar los daños en nuestro código genético.

Las mitocondrias son diminutos «orgánulos» que se encuentran en el interior de nuestras células, donde actúan como baterías, proporcionando energía en forma de la molécula ATP para alimentar las células. Cada mitocondria tiene su propio ADN, el ADN mitocondrial, que es distinto del resto del genoma humano, compuesto por el 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 de investigadores del Centro Médico del Hospital Infantil de Cincinnati, en Estados Unidos, informó de pruebas que sugerían que parte del ADN mitocondrial se había transmitido por la línea paterna.

Para investigar estas afirmaciones, el equipo de Cambridge examinó el ADN de más de 11.000 familias reclutadas en el Proyecto 100.000 Genomas de Inglaterra, buscando patrones que parecieran de herencia paterna. El equipo de Cambridge encontró «inserciones» 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 erróneas: lo que habían observado no era ADN mitocondrial heredado por el padre, sino estos insertos.

Mitocondria rodeada de citoplasma | foto Dr. David Furness

Ahora, ampliando este trabajo a más de 66.000 personas, el equipo demostró que las nuevas inserciones se producen en realidad todo el tiempo, mostrando una nueva forma de evolución de nuestro genoma.

El profesor Patrick Chinnery, de la Unidad de Biología Mitocondrial del Consejo de Investigación Médica y del Departamento de Neurociencias Clínicas de la Universidad de Cambridge, explicó: Hace miles de millones de años, una célula animal primitiva acogió una bacteria que se convirtió en lo que hoy llamamos mitocondrias. Éstas suministran energía a la célula para que pueda funcionar con normalidad, al tiempo que eliminan el oxígeno, que es tóxico en niveles elevados. Con el tiempo, trozos de estas mitocondrias primitivas han pasado al núcleo de la célula, permitiendo que sus genomas se comuniquen entre sí.

Se pensaba que todo esto había ocurrido hace mucho tiempo, sobre todo antes de que nos formáramos como especie, pero lo que hemos descubierto es que eso no es cierto. Podemos ver que esto está ocurriendo ahora mismo, con trozos de nuestro código genético mitocondrial transfiriéndose al genoma nuclear de forma medible.

El equipo calcula que el ADN mitocondrial se transfiere al ADN nuclear en aproximadamente uno de cada 4.000 nacimientos. Si ese individuo tiene hijos, les transmitirá estas inserciones: el equipo descubrió que la mayoría de nosotros lleva cinco de las nuevas inserciones, y uno de cada siete (14%) lleva unas muy recientes. Una vez colocados, los insertos pueden provocar ocasionalmente enfermedades muy raras, como una forma genética rara de cáncer.

No está claro cómo se inserta el ADN mitocondrial -si lo hace directamente o a través de un intermediario, como el ARN-, pero el profesor Chinnery dice que es probable que se produzca dentro de los óvulos de la madre.

Ilustración en 3D de mitocondrias | foto katerynakon en depositphotos.com

Cuando el equipo examinó las secuencias tomadas de 12.500 muestras de tumores, descubrió que el ADN mitocondrial era aún más común en el ADN tumoral, apareciendo en alrededor de uno de cada 1.000 cánceres, y en algunos casos, las inserciones de ADN mitocondrial realmente causan el cáncer.

Nuestro código genético nuclear se rompe y se repara constantemente, afirma el profesor Chinnery. El ADN mitocondrial parece actuar casi como una tirita, un esparadrapo que ayuda al código genético nuclear a repararse. 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 estaban en regiones del genoma que codifican proteínas. En la mayoría de los casos, el organismo reconoce el ADN mitocondrial invasor y lo silencia en un proceso conocido como metilación, por el que una molécula se une a la inserción y la desactiva. Un proceso similar ocurre cuando los virus consiguen 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 desplazan por el propio núcleo.

El equipo buscó pruebas de que pudiera ocurrir lo contrario, es decir, que el ADN mitocondrial absorba partes de nuestro ADN nuclear, pero no encontró ninguna. Es probable que haya varias razones para que esto sea así.

En primer lugar, las células sólo 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 de 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. En cambio, si el ADN mitocondrial consigue salir, los agujeros en la membrana que rodea al ADN nuclear le permitirían pasar con relativa facilidad.

El profesor Sir Mark Caulfield, vicedirector de Salud de la Universidad Queen Mary de Londres, ha declarado: Estoy encantado de que el Proyecto 100.000 Genomas haya desvelado 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 podría desencadenar ocasionalmente enfermedades raras, o incluso malignidad.


Fuentes

University of Cambridge | Wei, W., Schon, K.R., Elgar, G. et al. Nuclear-embedded mitochondrial DNA sequences in 66,083 human genomes. Nature (2022). doi.org/10.1038/s41586-022-05288-7


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