Las mitocondrias son unos
orgánulos que en todas las células eucariotas, se encargan de proveer de la
energía necesaria para la vida celular. Cada mitocondria humana, contiene un
anillo de ADN formado por 16.569 pares de nucleótidos que incluye unos 37 genes.
Este ADN mitocondrial (ADNmt)
comenzó a hacerse popular tras la publicación el 1 de Enero de 1.987 en la
revista Nature de un artículo titulado ADNmitocondrial
y la Evolución Humana (Cann, et al. 1.987)[1].
En su investigación, los autores, seleccionaron 145 mujeres embarazadas: 20 africanas, 34
asiáticas, 46 caucásicas (todos ellas, menos dos africanas, dieron a luz en
hospitales estadounidenses), 21 aborígenes australianos y 26 aborígenes de
Nueva Guinea, Usaron muestras de placenta humana para analizar el ADNmt. Vieron
que dentro de cada grupo étnico, los ADNmt se parecían mucho más, que entre
grupos distintos. Las diferencias eran más acusadas dentro del grupo de las placentas
afroamericanas.
Suponiendo que el ADNmt. Se
transmite sólo de la madre, dedujeron que al ser el grupo africano el que
mostraba mayor variedad, era el más antiguo, por lo que el origen de la humanidad
actual estaba en África, lo que les venía muy bien pues confirmaba una
predicción de Darwin. Y aplicando lo que llaman el reloj molecular, que no es otra cosa que asignar un ritmo temporal
fijo a las mutaciones del ADN, dando además por cierto, que los humanos
actuales y los chimpancés tuvimos un antepasado común, y suponiendo también, que
se sabe con bastante aproximación cuando vivió ese antepasado común, dividieron
el número de diferencias que hay entre el ADNmt humano y el de los chimpancés, entre el supuesto número de años en que los
dos linajes se separaron, y ya está calibrado el reloj molecular para el ADNmt
humano, con una tasa de variación de entre el 2 y el 4% de bases nitrogenadas cada
millón de años. Dado que en los análisis realizados la diferencia más acusada
les salió del O,57 %, calcularon entre 140.000 y 290.000 años según se utilice
el 4 o el 2 %. Decidieron fijar unos 200.000 años para el tiempo que hace que vivió
la primera mujer humana en África, a la que llamaron “Eva mitocondrial”.
Rapidamente comenzaron en los
medios de comunicación una serie de publicaciones comentando el hallazgo, con
alusiones a la Biblia y al jardín del Eden (por ejemplo: Lemonick, 1987; y Tierney, et al., 1988) [2]. En el ámbito de las
publicaciones académicas, la mayoría de los paleoantropólogos aceptaron el
estudio, y desde entonces dan por comprobado que Homo sapiens, nació en África
hace unos 150-200.000 años y que colonizó todo el mundo sustituyendo a las
restantes poblaciones humanas (Stringer y Andrews, 1988)[3].
Desde entonces hemos
asistido a una creciente importancia del análisis del ADNmt. Hace unas décadas,
era casi prescriptivo para poder publicar en una revista prestigiosa, hacer un
análisis de Carbono 14, hoy es casi obligado hacer un análisis de ADNmt,
llegando al caso inaudito de definir una nueva especie humana, basándose
exclusivamente en el análisis del ADNmt de una muela encontrada en Denisova
(Rusia)[4].
Afortunadamente no todo el
mundo se tragó el anzuelo, en 1.992 se publicó un debate con opiniones
encontradas.[5] Todo este castillo de naipes
del ADNmt, está fundamentado en los siguientes puntos:
1 – El ADNmt se hereda
exclusivamente de la madre.
2 – Sabemos cuándo vivió el
antepasado común a chimpancés y humanos.
3 – Las mutaciones en el
ADNmt se dan con un ritmo estable del cual conocemos su frecuencia.
Veamos qué hay de cierto en
estos tres supuestos.
1 – EL ADNmt SE HEREDA
EXCLUSIVAMENTE DE LA MADRE.
EL ADNmt DEL PADRE TAMBIÉN SE HEREDA.
En el organismo
humano masculino, los dos tipos de células que más mitocondrias contienen son
las células del musculo cardiaco y los espermatozoides. Está comprobado que las
mitocondrias paternas pasan del espermatozoide al cigoto (Ankel-Simons, et. al, 1.996. y
Shitara, et al,1.998).[6]
Hay algunos
estudios que indican que las mitocondrias aportadas por el espermatozoide al
cigoto, son eliminadas en los mamíferos durante las primeras fases del proceso
embrionario (Hayashi,
et al. 1.978;
Cummins, et al, 1.998; y Shitara, et al. 2.000)[7]. Pero esta eliminación no es
total, hay evidencias de presencia de ADNmt paterno en Drosophila (Kondo et al. 1.990)[8]; y en ratones adultos (Gyllensten
et al. 1.991)[9]. También
se ha observado heteroplasmia
(mutaciones) de moléculas de ADNmt divergentes en Drosophila (Satta et al.
1988) y en peces (Magoulas y Zouros 1993)[10].
Esta
presencia también se ha detectado en humanos. Schwartz and Vissing en el 2.002,[11]
describieron el caso de un paciente con una profunda incapacidad para hacer
ejercicio, se fatigaba enormemente con sólo dar unos pasos, encontraron una
mutación en el ADNmt de sus músculos que impedía la correcta respiración
celular. Comprobaron que el halotipo del ADNmt de las células musculares del
paciente, era el mismo que el de las mitocondrias de su padre y de su tío
paterno (que no tenían la mutación). Pero encontraron que en la sangre, en los
fibroblastos y en la raíz del pelo, el paciente tenía el ADNmt de la madre. La
proporción de ADNmt paterno en las células musculares, era del 90%. Con lo que
evidenciaron que las mitocondrias paternas se heredan, que pueden permanecer
como predominantes en algunos tipos de tejidos, mientras que en otros haber desaparecido
por completo, a favor de las de la madre, lo que indica que la distribución de
mitocondrias, se realizó en las primeras
fases de las divisiones celulares embrionarias.
EL ADN DE LAS MITOCONDRIAS DEL
PADRE Y DE LA MADRE SE RECOMBINA.
El ADNmt forma un anillo, se
considera una zona concreta de la cadena, como comienzo, y otra como final, y
el lugar en el que se unen principio y final, se conoce como zona de
Ligamiento. Awadalla, et al, en 1.999,[12]
comprobaron que la distancia desde un gen determinado hasta la zona de
ligamiento, variaba considerablemente en el ADNmt de padres e hijos, lo
comprobaron en humanos y en chimpancés y después de analizar los mecanismos que
pueden ocasionar esto, se decantaron porque únicamente la recombinación del
ADNmt del padre y de la madre, lo puede explicar. Está comprobado que en las
mitocondrias existen las encimas necesarias para una recombinación homóloga de
ADN (Thygaran, et. al. 1.996).[13]
Ya dos
informes anteriores, habían mostrado evidencia de recombinación en el ADNmt
(Hagelberg et. al, 1.999; y Eyre-Walker et. al, 1.999a)[14]
los datos del segundo de ellos fueron impugnados (Macaulay et. al, 1.999)[15],
pero nuevos estudios han confirmado la recombinación (Eyre-Walker et. al,
1.999b).[16]
EXISTE UN CURIOSO PATRÓN DE HEREDABILIDAD
DE LAS MITOCONDRIAS EN ALGUNOS SERES VIVOS.
En estudios sobre los mejillones
azules, se encontró un curioso modelo de heredabilidad de las mitocondrias. Los
autores[17]
encontraron que las hembras son homoplásmicas (semejante ADNmt) que su madre,
mientras que los machos son heteroplásmicos, tienen ADNmt de la madre y uno de
los dos tipos del padre. Este patrón de heredabilidad del ADNmt, se ha
denominado herencia doblemente
uniparental.[18]
También pudieron observar que la
tasa de variabilidad en el ADNmt masculino era más elevada que el estrictamente
femenino, ya que la espermatogenesis genera millones de reproducciones
celulares con muchas más ocasiones de producirse alteraciones en la secuencia
que en el reducido número de divisiones celulares que originan los ovocitos, lo que está en
consonancia con la hipótesis conocida como impulso
masculino a la evolución molecular.[19]
Ángel Luis Hurtado. Semogil, 6 de Julio del 2.014
Continuará.
[1]
Cann, Rebecca L., Mark Stoneking y Allan C. Wilson (1987), El ADN mitocondrial y la
Evolución Humana, Nature,
325:31-36, 1 de enero.
[2]
Lemonick, Michael D. Genealógica Madre de
todos, El Tiempo, p.66, 26 de Enero de 1.987.
Tierney, John;
Wright, Linda; y Springen Karen, La
busqueda de Adán y Eva, Newsweek, p. 46-52, 11 de Enero de 1.988.
[3]
Stringer, C.B. y Andrews, P., La
evidencia genética y fósil del origen de los humanos modernos, Science,
239: 1263-1268, 11 de Marzo del 1.988.
[4] Krause,
Johannes, The complete mitochondrial DNA genome of
an unknown hominin from southern Siberia, Nature, Vol 464, p. 894, 8 Abril 2.010
Shitara, H.et al., Genetics 148, p. 851, 1.998.
[7] Hayashi, J.-I.,
H. Yonekawa, 0. Gotoh, J. Watanabe, and Y. Tagashira. 1978. Strictly maternal inheritance of rat
mitochondrial DNA. Biochem. Biophys. Res. Commun. 83:1032-1038.
Cummins JM, Wakayama T, Yanagimachi R. Fate of microinjected spermatid mitochondria
in the mouse oocyte and embryo. Zygote 1998; 6:213-22.
Shitara H, Kaneda H, Sato A, et al. Selective and continuous eliminationof
mitochondria microinjected into mouse eggs from spermatids, butnot from liver
cells, occurs throughout embryogenesis. Genetics 2000;156:1277-84.
[8] Kondo, R., Y. Satta,
E. T. Matsuura, H. Ishiwa, N. Takahata, and S. I. Chigusa. 1990. Incomplete maternal transmission of mitochondrial DNA in Drosophila. Genetics 126:657-663.
[9] Gyllensten, U.,
D. Wharton, A. Josefsson, and A. C. Wilson. 199 1. Paternal inheritance of mitochondrial DNA in mice. Nature
352:255-257.
[10] Magoulas, A.,
and E. Zouros. 1993. Restriction-site
heteroplasmy in anchovy (Engraulis
encrasicolus) indicates incidental biparental inheritance of
mitochondrial DNA. Mol. Biol. Evol. 10:3 19-325.
[11] Schwartz, M., and
Vissing, J., Paternal in Heritance of Mitochondrial DNA, N Engl J Med, Vol.
347, No. 8· 22 de Agosto, 2002, p. 576-580.
[12]Awadalla, P., Eyre-Walker, A., J Smith, J.M., Linkage Disequilibrium and Recombination in Hominid Mitochondrial DNA,
Science 24, VOL 286, Diciembre 1.999, p. 2524 y 2525.
Eyre-Walker, A., Smith, N.H., Smith, J.M., Proc.R. Soc. London Ser. B. Biol. Sci. 266, p. 477, 1.999.
[15] Macaulay, V., Richards, M., Sykes, B., Proc. R. Soc.London Ser. B Biol. Sci. 266, p. 2037, 1.999.
[16] Eyre-Walker, A., Smith, N.H., Smith, J.M., Proc.R. Soc. London Ser. B Biol. Sci. 266, p. 2041, 1.999.
[17] Stewart, T., Saavedra, C., Stanwood, R.R., Ball, A.O.,
Zouros, E., Linajes de ADN mitocondrial Masculino
y Femenino en el mejillón azul (Mytilus
edulis) Grupo de especies, Mol. Biol. Evol. 12 (5):
p. 735-747, 1.995.
[18] Zouros, E.,
Ball, A. 0., Saavedra, C., and Freeman. K. R. Mitochondrial DNA inheritance. Nature 368:8 18. . 1.994a.
Zouros, E., et. al, An unusual type of mitochondrial DNA inheritance in the blue mussel Mytilus. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 91: p. 7463-7467. 1.994b.
Zouros, E., Ball, A. 0., Freeman, K.R. and Pogson, G. H., Direct evidence for extensive paternal
mitochondrial, DNA inheritance in the
marine mussel Mytilus, Nature, 359: p. 412-414, 1.992.
[19]
Miyata,
T., Hayashida, H., Kuma, K. Mitsuyasu, K. and Yasunaga. T., 1987. Male-driven
molecular evolution: a model and nucleotide sequence analysis. Cold Spring
Harbor Symp. Quant. Biol. 52:863-867.
CHANG, B. H.-J., L. C. SHIMMIN, S.-K. SHYUE, D.
HEWITTEMMETT, and W.-H. LI. 1994. Weak male-driven molecular evolution in
rodents. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 91:827- 831.
