Gene model for the ortholog of DENR in Drosophila pseudoobscura

Imagina el genoma de un ser vivo como una enorme y antigua biblioteca. Dentro de esta biblioteca hay millones de libros (genes) escritos en un código que le dice a la célula cómo construir y hacer funcionar al organismo. Pero aquí está el truco: en muchas especies, especialmente en aquellas que no son las "famosas" habituales como los humanos o las moscas de la fruta, estos libros suelen estar desordenados. Las páginas pueden estar rotas, los capítulos fuera de orden o la tinta desvanecida. Los científicos llaman a esto "anotación de genes", que es básicamente el proceso de leer estos libros desordenados y determinar exactamente dónde comienzan y terminan las historias, y qué dicen realmente las historias. ¿Por qué es esto importante? Porque para entender cómo evoluciona la vida —cómo una mosca en un bosque de México está relacionada con una mosca en un jardín de California— necesitamos ser capaces de comparar estas historias con precisión. Si no podemos leer el libro correctamente, no podemos entender la trama.

Este artículo trata sobre un equipo de investigadores estudiantiles actuando como detectives literarios. Están haciendo un acercamiento a una historia específica y diminuta dentro de la biblioteca de Drosophila pseudoobscura, un tipo de mosca de la fruta que se encuentra en el oeste de América. La historia que intentan arreglar es sobre un gen llamado DENR. En el mundo de la biología, DENR es como un capataz en una obra de construcción; ayuda a la maquinaria de la célula a comenzar a construir proteínas correctamente, y desempeña un papel especial en cómo las células escuchan las señales de insulina (la forma en que el cuerpo sabe si tiene suficiente alimento). Aunque los científicos ya sabían exactamente cómo lucía este "capataz" en la mosca de la fruta común (D. melanogaster), la versión en D. pseudoobscura era un poco un misterio, oculta en un ensamblaje genómico digital que no había sido completamente revisado. Los investigadores querían limpiar el texto, encontrar los puntos exactos de inicio y fin del gen, y asegurarse de que la historia en esta mosca salvaje coincidiera con la de su famosa prima.

El trabajo de detective: Encontrando el gen perdido

El equipo comenzó mirando el "vecindario" del gen. En el genoma, los genes no flotan por ahí al azar; viven en distritos específicos con vecinos específicos. En la mosca de la fruta común, el gen DENR vive en el cromosoma X, flanqueado por vecinos específicos como un gen llamado CG4880 de un lado y Polr3I por el otro. Los investigadores utilizaron una herramienta de búsqueda digital (una búsqueda "blast") para encontrar el gen DENR en el genoma de D. pseudoobscura. Encontraron un gen candidato, etiquetado como LOC4814209 (o XP_001354336.1), situado en un andamio de ADN llamado CH379066.

Para confirmar que este era el gen correcto, revisaron el vecindario. Descubrieron que los genes que rodean a este candidato en D. pseudoobscura eran los mismos tipos de genes que rodean a DENR en la mosca de la fruta común, incluso si no estaban en el mismo orden exacto. Es como encontrar una casa en una calle donde la panadería y la biblioteca siguen siendo tus vecinos, incluso si la panadería se movió del lado izquierdo al derecho. La búsqueda computacional mostró una coincidencia muy fuerte: la secuencia de ADN era un 61.49% idéntica, y la probabilidad estadística de que esto fuera una coincidencia aleatoria era increíblemente baja (un valor e de 2e-56). Esto confirmó que habían encontrado la "dirección" correcta.

Leyendo la historia: Cómo funciona el gen

Una vez que encontraron el gen, el equipo tuvo que averiguar cómo leerlo. Los genes a menudo están escritos en tres partes llamadas CDS (secuencias codificantes), separadas por brechas llamadas intrones. Los investigadores examinaron datos de ARN (la copia del gen que la célula realmente utiliza) para ver cómo se estaba leyendo el gen en la vida real.

Descubrieron que el gen DENR de D. pseudoobscura tiene tres CDS, al igual que su prima en la mosca de la fruta común. Esto es algo importante porque significa que la estructura básica de la historia no ha cambiado, a pesar de que las dos especies de moscas divergieron hace millones de años. El gen produce dos versiones ligeramente diferentes del mensaje (llamadas isoformas de ARNm, DENR-RA y DENR-RB), pero ambas se traducen en la misma proteína exacta.

Cuando compararon la secuencia de la proteína real (el producto final) entre las dos moscas, encontraron que era un 89.5% idéntica. ¡Ese es un puntaje muy alto! Sin embargo, hubo un pequeño giro: la primera parte de la proteína (el primer CDS) se veía un poco diferente entre las dos especies. Las letras en el código no coincidían tan perfectamente como el resto del libro. Pero, cuando observaron las propiedades químicas de esa primera parte —cómo se comportan los bloques de construcción de la proteína—, las dos especies seguían siendo muy similares. Es como dos personas escribiendo la misma frase en diferentes idiomas; las palabras pueden verse diferentes, pero transmiten el mismo significado y peso.

El veredicto final

El artículo no pretende haber descubierto un nuevo superpoder para las moscas o haber resuelto un misterio médico. En cambio, ofrece una versión cuidadosamente curada y "limpia" del gen DENR para D. pseudoobscura. Los investigadores proponen un modelo de gen específico (un mapa de dónde comienza, dónde termina y cómo está estructurado el gen) y han depositado esta nueva versión precisa del gen en bases de datos públicas (accesiones de GenBank BK064553 y BK064554).

Al hacer esto, han proporcionado una referencia confiable para otros científicos. Ahora, cuando los investigadores quieran estudiar cómo evoluciona la vía de señalización de la insulina a través de diferentes especies de moscas de la fruta, podrán comparar el gen DENR de D. pseudoobscura con otros con confianza, sabiendo que el "texto" ha sido revisado y corregido manualmente. El estudio sugiere que, si bien la secuencia de ADN ha derivado ligeramente con el tiempo, el trabajo fundamental de esta proteína —ayudar a la célula a comenzar a construir proteínas y responder a la insulina— se ha mantenido notablemente estable. El trabajo se realizó utilizando herramientas genómicas estándar y datos de ARN, y los autores están seguros de su modelo porque la evidencia de los vecinos del gen y los datos de ARN apuntan todos a la misma conclusión.