13 junio, 2011

Todos nacemos con un promedio de 60 nuevas mutaciones

Ya lo diría Armand Marie Leroi en su libro Mutantes: De la variedad genética y el cuerpo humano… "Todos somos mutantes. Pero, unos más que otros” y de seguro está en lo cierto. En 1947, el biólogo británico J. B. S. Haldane propuso que los gametos masculinos (espermatozoides) tienen una mayor tasa de mutación que su contraparte femenina, los óvulos. Esto se debe a que los espermatozoides se encuentran en constante división, el ADN se replica muchas más veces, aumentando las probabilidades de que ocurra algún error en el proceso. Sin embargo, un grupo internacional de científicos liderados por el Dr. Philip Awadalla de la Universidad de Montreal han demostrado que esto no es necesariamente así según un reporte publicado ayer en Nature Genetics.

sperm

De manera sencilla, la tasa de mutación es el número de errores que se cometen al momento de copiar el ADN por cada generación. Como cada célula tarda un determinado tiempo en dividirse (tiempo de generación), la tasa de mutación será representada simplemente como el número de errores que se dan en un determinado tiempo o mutaciones por generación. Un ejemplo para entenderlo mejor:

La tasa de mutación está determinada por la precisión de la enzima encargada de copiar el ADN (la ADN polimerasa). Digamos que la ADN polimerasa de un organismo unicelular “X” tiene una tasa de error de un nucleótido por cada cien millones de pares de base (te = 10-8pb). Además, el organismo “X” tiene un genoma de mil millones de pares de base (109pb) y que su tiempo de generación (tiempo que tarda en dividirse) es de dos días.

Como el ADN se duplica sólo una vez, tendremos un total 10 mutaciones por cada división celular (#Mut = te * Genoma = 10-8pb * 109pb = 10), o también conocido como 10 mutaciones por generación.

Como sabemos cuanto tarda en aparecer cada generación, podemos deducir —en base al número de mutaciones— cuanto tiempo ha pasado desde la última vez que compartió un ancestro común con un organismo “Y”. A esto se le conoce como el reloj molecular y es muy usado en la reconstrucción de árboles filogenéticos y evolutivos.

En el caso de los primates como nosotros, los machos pueden producir millones y millones de espermatozoides cada día, ya que sus células germinales tienen la capacidad de dividirse constantemente antes de llegar a diferenciarse en el gameto masculino. Entonces, a mayor número de divisiones, mayor número de veces que se duplica el ADN y mayor cantidad de mutaciones que se irán acumulando a lo largo del tiempo. Por otro lado, las hembras nacen con un determinado número de células germinales, las cuales se dividen sólo una vez antes de llegar a diferenciarse en óvulos, los cuales serán liberados de uno a la vez periódicamente durante su madurez sexual. Es por esta razón que Haldane consideraba que los gametos masculinos tenían una mayor tasa de mutación que los gametos femeninos.

En base a estas premisas, Donald F Conrad y colaboradores del Proyecto 1000 Genomas intentaron responder, por primera vez, estas preguntas: ¿cuántas nuevas mutaciones trae un niño al nacer? y ¿cuántas son de origen paterno y cuáles de origen materno?. Si Haldane está en lo cierto, la proporción de mutaciones de origen paterno debe ser mucho mayor.

Conrad et al. usaron las secuencias genéticas completas de dos familias (cada una compuesta de tres personas: mamá, papá e hijo) y luego, usando unos novedosos algoritmos bioinformáticos, trataron de cuantificar el número de nuevas mutaciones (DNM: de novo mutations) que estaban presentes en el niño pero no en los padres.

En total aparecieron aproximadamente unas 6,000 DNMs (3,236 de una familia y 2,750 de la otra), de los cuales 84 eran de origen germinal y 1,586 de origen no germinal o somático (que se originan a lo largo de la vida del niño). En base a los DNMs germinales, Conrad et al. determinaron la tasa mutación de las células germinales, la cual fue en promedio de 1.18 * 10-8pb.

Cómo el genoma humano completo (diploide) tiene más de seis mil millones de nucleótidos (~6 * 109pb), entonces, cada hijo tendrá aproximadamente 60 nuevas mutaciones (#Mut = 6.4*109 * 1.18*10-8 = ~60). Sin embargo, las tasas de mutación de los gametos masculinos y femeninos fue diferente en cada una de las familias: en una familia, el 92% de las DNMs eran de origen paterno; mientras que en la otra, sólo el 36% lo eran.

Con estos resultados, los investigadores demostraron que hay una alta variabilidad en la tasa de mutación de las células germinales masculinas y femeninas. Tal vez uno de los factores sea la edad de uno de los dos progenitores o la exposición a sustancias mutagénicas, etc. [Lamentablemente los datos de las secuencias usadas en este trabajo no contaban con dicha información].

Estos datos también pueden ser usados para compararlos con los mismos datos obtenidos de los chimpancés —nuestros parientes evolutivos más cercanos— o cualquier otro primate, para poder determinar cuánto tiempo ha pasado desde compartíamos un mismo ancestro evolutivo. Si sabemos que, en promedio, el tiempo de generación de un humano es de 20 años y la tasa de mutación es de 60 DNMs por generación, sería factible aproximarnos al tiempo de divergencia que tenemos. Muchos investigadores lo han calculado obteniendo la cifra de siete millones de años. Por otro lado, estas DNMs pueden ser usados como marcadores genéticos que podrían estar asociados a distintas patologías.


Referencia:

ResearchBlogging.orgConrad, D., Keebler, J., DePristo, M., Lindsay, S., Zhang, Y., Casals, F., Idaghdour, Y., Hartl, C., Torroja, C., Garimella, K., Zilversmit, M., Cartwright, R., Rouleau, G., Daly, M., Stone, E., Hurles, M., & Awadalla, P. (2011). Variation in genome-wide mutation rates within and between human families Nature Genetics DOI: 10.1038/ng.862

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