domingo, 6 de julio de 2014

EL ADN MITOCONDRIAL Y LA MONTAÑA CONSTRUIDA SOBRE ÉL.



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
[5] Ver: Scientific American abril de 1992.
[6]  Ankel-Simons, F. and Cummins, J.M., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 93, p. 13859, 1.996.
   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.
[13] B. Thygaran, B., Padua, R. A., y  Campbell, C.  J. Biol. Chem. 271, p. 27536, 1.996.
[14] Hagelberg, E. et al., Proc. R. Soc. London Ser. B Biol.Sci. 266, p. 485, 1.999.
     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.

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