Pollos y ornitorrincos nos pueden enseñar en qué se diferencian los cromosomas sexuales en machos y hembras

El ornitorrinco y el pollo tienen sistemas de cromosomas sexuales muy diferentes a los de los humanos, lo que puede darnos valiosas pistas sobre el funcionamiento de nuestro propio cuerpo

Imagen: Shafagh Waters y Lisa Melisa

Los investigadores de la UNSW de Sydney han descubierto nuevas diferencias fundamentales en los procesos biológicos de machos y hembras al analizar los sistemas de cromosomas sexuales del ornitorrinco y el pollo. Los hallazgos, publicados en Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), son una sorpresa en el campo de la genética.

Estos descubrimientos ayudarán a comprender mejor cómo evolucionaron los cromosomas sexuales y cómo funcionan nuestros cuerpos, y podrían conducir a nuevos descubrimientos en biología. «Los mamíferos, como los humanos, tienen hembras con dos cromosomas X y machos con un cromosoma X y un cromosoma Y, lo que crea un desequilibrio entre los sexos», explica el autor principal, el Dr. Nicholas Lister. «Este desequilibrio se corrige mediante un proceso llamado compensación de la dosis de cromosomas sexuales».

Los científicos saben desde hace tiempo que los animales tienen soluciones para equilibrar las diferencias de cromosomas sexuales y lograr un funcionamiento «normal». El Dr. Lister explica: «En los mamíferos hembra, como los humanos y los ratones, las hembras XX y los machos XY tienen números diferentes del cromosoma X. Para equilibrar esta diferencia, uno de los cromosomas sexuales, el cromosoma X, es el cromosoma de la hembra. Para equilibrar esta diferencia, se suele silenciar uno de los cromosomas X de las hembras.

«Silenciar un cromosoma X en las hembras iguala los productos génicos de los cromosomas sexuales. «Así se evita que las hembras produzcan el doble de proteínas del X que los machos».

Equilibrar la balanza

Todas las células de nuestro cuerpo utilizan proteínas para realizar funciones específicas. «Se traducen a partir del ARNm, que lleva las instrucciones para que las células fabriquen proteínas», explica el investigador principal del estudio, el profesor asociado Paul Waters.

«Ser hombre o mujer afecta a los niveles de ARNm de los genes del cromosoma X, lo que cabría esperar que afectara a la producción de proteínas».

Pero el profesor Waters afirma que este estudio demuestra -por primera vez- que se produce un equilibrio de proteínas entre los sexos, incluso cuando los niveles de ARNm no están equilibrados.

Ser hombre o mujer afecta a los niveles de ARNm de los genes del cromosoma X

«Los hallazgos sugieren que la compensación de dosis es un proceso crucial en especies con cromosomas sexuales diferenciados para garantizar que los niveles de proteínas estén equilibrados», afirma.

«Estos resultados son significativos, ya que sugieren que la compensación de dosis de los cromosomas sexuales es esencial después de todo, y en todas las especies de vertebrados, no sólo en los mamíferos placentarios y marsupiales».

¿Por qué el ornitorrinco y el pollo?

El estudio se centró en el ornitorrinco y el pollo, dos especies con sistemas de cromosomas sexuales muy diferentes que ofrecen valiosos datos sobre la evolución y los mecanismos de la compensación de dosis.

«Los ornitorrincos son mamíferos monotremas con interesantes sistemas de cromosomas sexuales», explica el Dr. Lister. «Tienen cinco pares de cromosomas X en las hembras y cinco X y cinco Y en los machos. Las aves -como los pollos- tienen un sistema ZW, en el que los machos tienen dos copias de un cromosoma Z y las hembras tienen un cromosoma Z y un cromosoma W».

El profesor Waters afirma que los científicos ya habían observado una compensación casi perfecta de la dosificación del cromosoma sexual entre machos y hembras en mamíferos placentarios y marsupiales. «Sin embargo, en aves y monotremas, existe un desequilibrio de ARNm entre los sexos», afirma.

«Esto es algo que creíamos imposible. Por primera vez, demostramos que este desequilibrio se corrige a nivel proteínico. Esto significa que el ornitorrinco y el pollo tienen un mecanismo novedoso de compensación de dosis que es diferente a cómo lo hacemos los humanos».

¿Tienen realmente el control nuestros genes?

La coautora, la profesora Jenny Graves, ya había demostrado en 1986 que los genes del cromosoma X humano inactivo no se copian en ARN.

El silenciamiento a nivel del ARN se convirtió entonces en el paradigma de todo silenciamiento epigenético. «Como los genes se silenciaban por su incapacidad de producir ARN, se suponía que el control de la compensación de dosis se realizaba únicamente a nivel del ARN, no a nivel de la producción de proteínas», afirma el Prof. Graves.

«Pero los niveles de ARNm de los genes de los cromosomas sexuales no estaban equilibrados en el ornitorrinco ni en el pollo», añade. Así que los científicos cuestionaron la suposición de que la compensación de dosis es esencial para la vida.

La profesora Waters afirma que medir los niveles de proteína ha sido una tarea mucho más complicada que medir los niveles de ARNm, debido a los retos tecnológicos. «Y ahora que la tecnología es más sensible, podemos ver que la compensación de dosis de los cromosomas sexuales entre machos y hembras se observa a nivel de proteínas en el ornitorrinco y el pollo», afirma el profesor Waters.

«Los machos y las hembras de estas especies fabrican cantidades similares de proteínas, a pesar de las discrepancias en las cantidades de ARNm».

¿Cómo se aplicarán estos conocimientos?

Los autores subrayan la complejidad de la regulación genética y la importancia de tener en cuenta múltiples niveles de control en la expresión génica.

El coautor, el Dr. Shafagh Waters, de la Facultad de Ciencias Biomédicas de la UNSW, afirma que el estudio allana el camino hacia una comprensión más profunda de la regulación genética. «Estudiar especies únicas como el ornitorrinco nos proporciona nuevos conocimientos sobre los mecanismos celulares y moleculares que podrían regular diversos aspectos de la fisiología humana o estar implicados en estados patológicos», afirma.

Así pues, aunque estos procesos no se apliquen directamente a la compensación de dosis en humanos, aclaran cómo nuestros cuerpos gestionan la expresión génica y la producción de proteínas». Nuestros hallazgos pueden hacer avanzar los conocimientos en biología evolutiva y conducir a terapias innovadoras en genética médica».

«Comprender estos mecanismos en distintas especies puede ayudar a identificar nuevas dianas para enfermedades en las que la disfunción proteica es clave». El Dr. Lister afirma que futuras investigaciones examinarán los mecanismos que contribuyen a la compensación de dosis. «Este trabajo nos ayudará a descubrir otros sistemas de compensación de dosis en la naturaleza», afirma.

«Podemos averiguar cómo evolucionaron y cómo funcionan en otras especies». Según el profesor Waters, «comprender estos procesos en otras especies puede mejorar nuestra comprensión de la regulación génica a un nivel fundamental».

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