En el mundo animal hay una regla: el genoma de las células sexuales es intocable, mientras que las células somáticas pueden permitirse ciertas licencias. En el ser humano, los glóbulos rojos directamente expulsan su núcleo, y los linfocitos reconfiguran a propósito sus genes para crear millones de variantes de anticuerpos. Pero en algunos nematodos las licencias van más lejos: las células del cuerpo pierden fragmentos enteros de cromosomas según un programa escrito de antemano. Este fenómeno, la eliminación programada del ADN, se conoce desde hace más de cien años, pero durante mucho tiempo se consideró una excentricidad de los ascárides parásitos. Hallazgos recientes en especies de vida libre como Oscheius tipulae mostraron que el mecanismo está más extendido de lo que se pensaba. El trabajo con Auanema rhodense se suma a esos hallazgos: añade al panorama una especie con un alcance extremo de eliminación y un sistema sexual poco común, en la que el genoma del cuerpo y el genoma de las células sexuales difieren de forma más radical que en la mayoría de los animales conocidos.
Los autores ensamblaron de nuevo el genoma de A. rhodense con dos herramientas: lecturas largas PacBio HiFi, que permiten leer el ADN en fragmentos de varios miles de nucleótidos, y Hi-C, un método que registra qué regiones de los cromosomas se encuentran próximas dentro del núcleo. El ADN se tomó de cultivos enriquecidos con adultos jóvenes, para capturar más células sexuales. El ensamblaje resultó tres veces más largo que el anterior: 180,9 megabases en lugar de 60. Después buscaron los sitios de rotura por los restos de repeticiones teloméricas truncadas en los extremos de las lecturas largas: si la repetición empieza dentro del cromosoma, significa que allí se añadió en algún momento un nuevo telómero. En paralelo observaron los embriones al microscopio: tiñeron el ADN, las marcas de histonas y los microtúbulos, e hibridaron además sondas fluorescentes contra las repeticiones condenadas a desaparecer.
El genoma de las células sexuales de A. rhodense consta de 180,9 megabases y está ensamblado en siete cromosomas. El genoma del cuerpo tiene solo 60 megabases, repartidas en 14 cromosomas: cada uno de los siete cromosomas originales se corta en dos. Las roturas ocurren en 28 puntos, y en cada uno se encuentra un motivo palindrómico de 29 nucleótidos de longitud. Es casi idéntico al motivo de O. tipulae, lo que indica un origen común del mecanismo. La eliminación comienza en la etapa de 12 células: en cuatro blastómeros de ocho el ADN se corta, y en el citoplasma aparecen micronúcleos repletos de repeticiones expulsadas. Hacia la etapa de 30 células, casi todos los núcleos ya han perdido las repeticiones, y solo dos núcleos las conservan: son las futuras células sexuales. El ADN expulsado está compuesto casi por completo de repeticiones en tándem con una longitud de unidad de entre 167 y 504 nucleótidos. Genes codificantes de proteínas hay pocos: apenas 360 de 11 943, y la mayoría se parecen a restos de elementos móviles. Solo diez genes expulsados se expresan activamente, y casi todos tienen copias funcionales en la parte somática del genoma.
El trabajo muestra que un mismo mecanismo molecular puede servir a estrategias evolutivas por completo distintas. En O. tipulae se expulsa el 0,6% del genoma, en A. rhodense el 61%, pero el motivo de reconocimiento es idéntico. Esto significa que lo que define la esencia del fenómeno no es la cantidad de ADN expulsado, sino la existencia misma del programa. Entre los trabajos vecinos sobre nematodos, este destaca por su escala: en Caenorhabditis se pierde menos del 2,3% del genoma, en los ascárides hasta el 90%, pero allí las roturas son imprecisas y carecen de motivos. A. rhodense combina la precisión de los rabdítidos con el alcance de los ascárides. Además, el trabajo vincula la eliminación del ADN con el sistema sexual poco común de la especie: la herencia no mendeliana del cromosoma X quizá se apoye en repeticiones únicas que en A. rhodense existen solo en el cromosoma sexual.
El siguiente paso es encontrar las proteínas que reconocen el motivo palindrómico y cortan el ADN. En O. tipulae ya se demostró que editar el motivo con CRISPR anula la eliminación, pero la maquinaria en sí sigue siendo desconocida. Comparar los complejos proteicos de A. rhodense, O. tipulae y Caenorhabditis puede revelar el núcleo conservado del mecanismo. Otra dirección consiste en entender cómo la acumulación de repeticiones en las regiones que se expulsan se relaciona con la evolución de la meiosis y del impulso meiótico. Quizá esas repeticiones se convirtieron en plataformas de aterrizaje para proteínas que ayudan a los cromosomas a encontrar pareja o que determinan cuál de ellos acabará en el gameto.
Los resultados son importantes para la biología evolutiva de los genomas, la citogenética y los estudios del impulso meiótico. También ofrecen un ejemplo modelo de cómo una célula puede reconfigurar su genoma de forma masiva y precisa sin dañar al organismo.
Identificar la nucleasa y las proteínas auxiliares responsables de las roturas; comprobar el papel de las repeticiones únicas del cromosoma X en la herencia no mendeliana; comparar el mecanismo en un mayor número de especies de rabdítidos.
Para la biología del desarrollo y la genómica sigue abierta una pregunta: cómo reconocen las células del embrión qué regiones del genoma deben expulsarse, y por qué este proceso no afecta a las células sexuales. El trabajo con A. rhodense ofrece un mapa preciso de los sitios de reconocimiento y muestra que el programa se activa estrictamente en la etapa de 12 células, pero el interruptor molecular es desconocido. Tampoco está claro cómo se combina la acumulación de repeticiones gigantescas en la línea germinal con el mantenimiento de la estabilidad del genoma a lo largo de las generaciones.
Auanema rhodense tiene tres sexos: machos, hembras y hermafroditas. Además, los machos transmiten a su descendencia solo el cromosoma X, y los hermafroditas solo espermatozoides con dos X, mientras que sus óvulos no contienen X en absoluto.
La idea de células que expulsan a propósito parte de su material genético resuena con el motivo del «conocimiento prohibido» en la ciencia ficción: por ejemplo, en la novela de Greg Bear «Música en la sangre» (Blood Music), las células reconfiguran su ADN y adquieren voluntad propia. Aquí, eso sí, todo está bajo el control de la evolución, no de una rebelión.
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