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Borja TosarIgnacio CrespoJuan Carlos GilFrancis VillatoroHéctor SocasGastón Giribetgenes parálogos evolucionan independientementeproteínas parálogas codifican funciones diferentesduplicación gen ancestral genera parálogosgenes parálogos y hemoglobinaglobinas a y b ancestro comúnfrancis villatoro y la hemoglobina70 genes parálogos ser humanoJuan Carlos GilFrancis Villatoroglobina ARegulinchiLucafigura 1Cell GenomicsOparínParálogosOrtólogosMetabolismoAnimalesEspecies
Proteínas parálogas codifican funciones diferentes
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Juan Carlos Gil explica cómo los genes duplicados, llamados genes parálogos, evolucionan independientemente y pueden llegar a realizar funciones diferentes.
…y pueden evolucionar de forma independiente Es como si nos encontramos dos manuscritos antiguos, que son dos copias de un mismo original, pero que cada uno sigue una vida de copia y requetecopia distinta y van acumulando errores y sus propias variaciones En biología, muchas veces una de estas dos copias acaba desapareciendo. Otras veces se conservan las dos y se diferencian. Esto es fascinante, ¿dos cosas que servían para lo mismo? Siguen evolucionando y acaban haciendo cosas distintas, funciones diferentes. Bueno, pues esos dos genes que proceden de una duplicación de un mismo gen ancestral es lo que se llama genes parálogos y por extensión las proteínas que permiten codificar se llaman proteínas parálogas. Juan Carlos, un ejemplo más famoso, el ejemplo quizás más famoso de toda la biología: la hemoglobina. Que tienes la globina A y la globina B, que son parálogas tal cual, están codificadas por genes diferentes que en su día correspondían a un mismo gen ancestral. Sí, y justo es que es un ejemplo, pero es que esto no es algo rarísimo, ya lo ha dicho Francis: la hemoglobina. Pero es que se estima que el 70% de los genes codificantes, no del ADN mal llamado basura, el 70 % de los genes codificantes forman parte de alguna familia de parálogos en el ser humano. O sea que no es realmente algo así lateral o rarísimo. Pues para datar a Luca, para enraizar el árbol de la vida, Moody y colaboradores utilizaron 5 pares de parálogos que ya estaban presentes en Luca y que fueron obviamente posteriormente heredados por las dos primerísimas grandes linajes de la evolución,…
Significado #1 · Palabras #1
Juan Carlos Gil explica cómo los genes duplicados, llamados genes parálogos, evolucionan independientemente y pueden llegar a realizar funciones diferentes.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #1genes parálogos evolucionan independientementeproteínas parálogas codifican funciones diferentesduplicación gen ancestral genera parálogosgenes parálogos y hemoglobinaglobinas a y b ancestro comúnfrancis villatoro y la hemoglobina70 genes parálogos ser humano…y pueden evolucionar de forma independiente Es como si nos encontramos dos manuscritos antiguos, que son dos copias de un mismo original, pero que cada uno sigue una vida de copia y requetecopia distinta y van acumulando errores y sus propias variaciones En biología, muchas veces una de estas dos copias acaba desapareciendo. Otras veces se conservan las dos y se diferencian. Esto es fascinante, ¿dos cosas que servían para lo mismo? Siguen evolucionando y acaban haciendo cosas distintas, funciones diferentes. Bueno, pues esos dos genes que proceden de una duplicación de un mismo gen ancestral es lo que se llama genes parálogos y por extensión las proteínas que permiten codificar se llaman proteínas parálogas. Juan Carlos, un ejemplo más famoso, el ejemplo quizás más famoso de toda la biología: la hemoglobina. Que tienes la globina A y la globina B, que son parálogas tal cual, están codificadas por genes diferentes que en su día correspondían a un mismo gen ancestral. Sí, y justo es que es un ejemplo, pero es que esto no es algo rarísimo, ya lo ha dicho Francis: la hemoglobina. Pero es que se estima que el 70% de los genes codificantes, no del ADN mal llamado basura, el 70 % de los genes codificantes forman parte de alguna familia de parálogos en el ser humano. O sea que no es realmente algo así lateral o rarísimo. Pues para datar a Luca, para enraizar el árbol de la vida, Moody y colaboradores utilizaron 5 pares de parálogos que ya estaban presentes en Luca y que fueron obviamente posteriormente heredados por las dos primerísimas grandes linajes de la evolución,…
Juan Carlos Gil resume la información presentada en la figura 1 del artículo sobre parálogos universales, destacando su representación idealizada y aplicada con un ejemplo de factores de iniciación y elongación de la traducción.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #12parálogos universales figura 1genes y proteínas traducciónfactores iniciación elongación traducciónramas bacterianas arqueanas lucadiagrama parálogos emparentados luca…qué hemos conseguido con ellos y sobre todo al final extrapolan que nos puede deparar el futuro con todas las herramientas filogenéticas y las capacidades de análisis nuevas que tenemos en torno a estas fantásticas herramientas de los parálogos universales. Para empezar, todo lo que os he contado se ve fenomenal en la figura 1 del artículo, de forma idealizada en el panel A de la izquierda y de forma aplicada en el panel B, donde se ilustra el caso real de unos genes y proteínas que son los factores de iniciación y elongación de la traducción. Bueno, quien tenga acceso al dibujo ahora o más tarde se ven las ramas bacterianas y arqueanas correspondientes a los distintos parálogos y como al retroceder vemos que nos llevan hacia Luca, pero como ambos parálogos están emparentados entre sí, resulta que ambas ramas terminan conectándose todavía más atrás, todavía antes a Luca. Ese es el diagrama para los que estéis viendo el YouTube. Es muy sencillo, prácticamente se entiende casi con lo que he dicho. Vale, pues si el 70% de nuestros genes son codificantes, son parálogos, pues debemos tener mogollón de parálogos universales para hacer estudios de todo tipo. Bueno, pues…
Juan Carlos Gil resume los hallazgos del artículo sobre parálogos universales, indicando que existen solo tres categorías funcionales principales relacionadas con el metabolismo, la traducción y las membranas.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #2 · Palabras #5parálogos universales metabolismo aminoácidostraducción proteínas parálogos universalesfuncionamiento membranas parálogos universalesmaquinaria vida piezas antiguas…Bueno, pues desafortunadamente resulta que no es así. Sorprendentemente hay bastantes pocos y eso se muestra en la tabla 1 del artículo. Es muy compacto, no sé si tiene seis páginas el artículo, es perfectamente leíble. Y en esta tabla, en la página 3, se ve. Que hay solo tres grandes categorías funcionales de parálogos universales relacionados con el metabolismo de aminoácidos, con su traducción a proteínas, como ya adelantábamos en el panel B de la figura 1, y también con el funcionamiento de las membranas; que obviamente son cosas muy básicas, piezas muy antiguas de la maquinaria de la vida como no podría ser de otra forma. Bueno, ¿por qué encontramos entonces tan poquitos? Si hay tantos ahora, ¿por qué somos capaces de trazar la pista a tan poquitos? Jolín, chicos, porque han pasado 4.000 millones de añazos y durante todo ese tiempo la señal se ha ido deteriorando.…
Juan Carlos Gil explica cómo se pueden inferir las secuencias de aminoácidos de proteínas ancestrales a partir de los parálogos universales identificados.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #3 · Palabras #4proteínas ancestrales secuencia aminoácidosalfa-fold predicción estructura tridimensionalfunción proteínas inferencia laboratoriosíntesis cadena aminoácidos proteína…hemos conseguido identificar algunos parálogos universales y reconstruir estas pequeñas ramitas que se internan ligeramente en territorio preluca. ¿Y qué hacemos con ellos? Pues comparando las proteínas actuales podemos inferir estadísticamente la secuencia. De aminoácidos que tenían aquellas proteínas ancestrales y a partir de ahí a su vez podemos predecir su estructura tridimensional o la alfa-fold, intentar determinar o inferir qué función podían hacer e incluso en algunos casos podemos sintetizar, porque en el laboratorio ya somos muy listos, esta cadena de aminoácidos y conseguir la proteína y estudiarla en el laboratorio, ¿no? O sea, de alguna forma somos capaces ya de resucitar experimentalmente proteínas ancestrales preluca. ¿Cómo os quedáis? Parque jurásico en versión un poquito venida menos, pero a mí me llama la misma atención. Es una especie de paleogenómica extrema, si…
Juan Carlos Gil describe cómo se ha reconstruido un ancestro preluca de dos proteínas implicadas en la traducción, sugiriendo que esta proteína ancestral era más generalista y capaz de desempeñar múltiples funciones.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #5 · Palabras #6proteína ancestral regulinchireconstrucción ancestro preluca traducciónespecialización proteínas parálogas descendientesduplicación gen regulinchi…este caso no tenemos ADN antiguo, que es lo típico de la paleogenómica, como se hace con neardentales o con lo que sea, sino que además de no tener el ADN tenemos que reconstruirlo a partir de huellas, de indicios que ha dejado en genes actuales y esto se ha Hecho, se ha reconstruido un ancestro preluca de dos proteínas implicadas en la traducción, dos de las que mencionábamos antes y esta reconstrucción sugiere que el ancestro del cual salieron era a su vez una proteína más generalista, posiblemente era capaz de desempeñar funciones que después las han adquirido y se han especializado estas dos proteínas parálogas descendientes, si me permitís abusar de la metáfora. Esto mola un montón, ¿no? Una proteína ancestral hacía varias cosas, Regulinchi, su gen se duplica, tenemos dos copias de las proteínas que van evolucionando, de nuevo si me permitís la analogía, se van especializando, se van repartiendo el trabajo y así acabamos monos parlantes y pensantes, ¿no? Es la leche. El libro de Parálogos Universales, ¿no? Es el caso, y vamos a saltar a la figura 2 del panel A, está en la página 5, de la subunidad catalítica y no catalítica de la ATP sin tasa, que es así, del libro. En esta figura 2, que ya estaré un ratito hablando de…
Juan Carlos Gil explica la diferencia entre parálogos y ortólogos, destacando que los parálogos existen dentro de una misma especie mientras que los ortólogos se encuentran en especies distintas con un ancestro común.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #17parálogos dentro misma especieortólogos ancestro común especiesmetabolismo animales casi idénticogenes ortólogos identifican convergenciasfrancis explica parálogos ortólogos…por tanto se produjo antes la duplicación. Si me permites un detalle, Juan Carlos, quizás también habría que recordar el tema de ortólogos, que son los genes que son muy parecidos entre sí, que tienen un ancestro común, pero que están en especies diferentes. Los parálogos están dentro de la misma especie, de los individuos de la misma especie; los ortólogos son los que están en especies distintas, aunque provienen de un ancestro común, que era una especie ancestral a esas dos especies. Y así ocurre, gracias Francis, porque el metabolismo de la mayor parte de los animales es casi idéntico, porque tenemos un mogollón de genes ortólogos, claro; este es un caso extremo que nos permite tener varias vías para retroceder hacia atrás y identificar estas convergencias. Decía en la figura 2 que el panel C ya es el más curioso porque recupera otro de nuestros problemas, el de la transferencia horizontal. En el cuadrito de las dos familias están relacionadas con la traducción, pero si se ve la figura no hace falta que la…
Juan Carlos Gil explica cómo los genes pueden sufrir mutaciones sin afectar significativamente su función, permitiendo que proteínas con secuencias diferentes mantengan una estructura tridimensional similar.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #7 · Palabras #10mutaciones genes sin afectar funciónproteínas con secuencias diferentes estructura similararquitectura tridimensional sitio activo proteínasconservación función proteína tras mutación…en la proteína es más robusta, se suele conservar mucho mejor que la estructura tridimensional, quiero decir, se suele conservar con más robustez que la propia secuencia de aminoácidos ¿Por qué? Pues porque algunas mutaciones que dan lugar a cambios de Genes y luego de aminoácidos son tolerables. Es posible que la proteína pueda seguir plegándose casi como la anterior, de tal forma que se conserve la arquitectura tridimensional de su punto activo, de su sitio activo y permitir que la proteína siga haciendo la función. Así que dos proteínas que letra a letra son razonablemente distintas, pues pueden seguir conservando su arquitectura y eso delataría su parentesco. Con lo cual, con todas las herramientas de predicción estructural que tenemos ahora, vuelvo a mencionar al fantástico AlphaFold, herramientas de aprendizaje automático y…
Juan Carlos Gil explica que los parálogos universales no permiten rastrear el origen químico de la vida hasta los coacervados de Oparín, sino que se limitan al código genético, pero sí ayudan a extender la filogenia más allá de Luca.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #16coacervados de opari n origen vidafilogenia más allá de lucaparálogos universales código genético…Obviamente, no podemos ir para atrás hasta los 4.540 millones de años, hay una frontera y es la existencia del propio código genético. Si no hay código genético no hay nada que heredar que haya llegado hasta nuestros días y por tanto no hay nada donde mirar. Además, os decía: las pérdidas pueden haber borrado estos indicios y demás. Así que estos parálogos universales no nos llevan hasta el origen químico, si queréis, de la vida. Hasta los coacervados de Oparín, ¿no es así? Se queda en el código genético, claro, pero sí nos permite empujar la filogenia un poquito más allá de Luca y eso ha sido brutal. Concluyendo, ¿por qué me ha parecido importante lo que cuenta este artículo? Héctor, como te decía, porque demuestra o aclara o deja claro que Luca no es el principio de la vida. Cuando apareció ya había una maquinaria molecular que llevaba una razonablemente…