An Ancient, Structurally Conserved Allorecognition Gene Complex Predates the Divergence of Major Cnidarian Lineages
Este estudio demuestra que el complejo de genes de aloreconocimiento (ARC) en los hidrozoos está estructural y sinténicamente conservado a través de los principales linajes de cnidarios, proporcionando evidencia de que este sistema es anterior a la divergencia de los cnidarios y puede ser homólogo al complejo mayor de histocompatibilidad (MHC) de los vertebrados.
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En los densos vecindarios submarinos del océano, donde el espacio es un bien escaso, vivir juntos requiere un código de conducta estricto. Para muchos animales marinos simples, la capacidad de distinguir entre un vecino y un extraño es una cuestión de vida o muerte. Esta habilidad biológica, conocida como aloreconocimiento, permite que una colonia de individuos diminutos y conectados decida si fusionarse con un grupo cercano o combatirlo. Si los vecinos son reconocidos como "propio", las colonias se fusionan en una entidad única y más grande. Si son "no propio", la colonia lanza un ataque defensivo utilizando células urticantes especializadas. Este sistema es notablemente similar a los sistemas inmunológicos que se encuentran en animales más complejos, incluidos los humanos, que dependen de un conjunto de genes llamado complejo mayor de histocompatibilidad para distinguir entre amigo y enemigo. Los científicos se han preguntado durante mucho tiempo si estos dos sistemas, separados por cientos de millones de años de evolución, comparten un ancestro común o si evolucionaron de forma independiente.
Un equipo de investigadores se propuso resolver este misterio observando profundamente los planos genéticos de varias especies de cnidarios, el filo que incluye medusas, corales e hidroides. Se centraron en un grupo específico de hidroides, incluyendo el bien estudiado Hydractinia, que vive en las conchas de los cangrejos ermitaños y es conocido por tener un grupo de genes estrechamente empaquetados dedicados a esta tarea de autorreconocimiento. Este grupo de genes, llamado complejo de aloreconocimiento, ya había sido mapeado en Hydractinia, pero no estaba claro si este arreglo genético era una peculiaridad única de esa única especie o una característica compartida por todo el grupo animal. Para averiguarlo, los investigadores recurrieron a una nueva y poderosa herramienta que permite a los científicos predecir la forma tridimensional de las proteínas basándose únicamente en su secuencia genética. Al comparar las formas de estas proteínas a través de diferentes especies, pudieron ver conexiones que eran invisibles cuando se observaba únicamente el código genético.
Los investigadores examinaron los genomas de varias especies distintas de cnidarios, incluyendo el hidrozoo Podocoryna, el pólipo de agua dulce Hydra y la anémona de mar Nematostella. Utilizando modelos computacionales avanzados, generaron predicciones estructurales para miles de proteínas para ver si alguna coincidía con la forma única de las proteínas de aloreconocimiento conocidas. Su búsqueda reveló que estos genes de reconocimiento no son exclusivos de Hydractinia. En su lugar, encontraron evidencia de un grupo de genes similar y estrechamente vinculado en Podocoryna, Hydra y Nematostella. En cada una de estas especies, los genes responsables del autorreconocimiento se encontraron agrupados en el mismo cromosoma, ocupando una posición que corresponde a la ubicación del complejo en Hydractinia. Esto sugiere que todo el vecindario genético para reconocer lo propio de lo no propio fue heredado de un ancestro común que vivió mucho antes de que estas diferentes líneas de animales divergieran.
Sin embargo, la historia no es una de repetición perfecta e inalterable. Aunque la ubicación general de estos genes se mantuvo constante entre las especies, el número específico de genes y su orden exacto variaron significamente. Por ejemplo, el genoma de Podocoryna contenía veintidós de estos genes candidatos distribuidos en un tramo de ADN de unos 18 millones de pares de bases, mientras que Hydra tenía solo diez en una región similar. Los investigadores observaron que las especies con un estilo de vida de nado libre, como la etapa de medusa de Podocoryna, parecían tener menos de estos genes en comparación con el estrictamente colonial y estacionario Hydractinia. Esta diferencia insinúa que la presión para mantener una biblioteca masiva de genes de reconocimiento es más fuerte para los animales que están atrapados en un lugar y compiten constantemente por el espacio con sus vecinos. Cuando un animal puede alejarse nadando de un conflicto, la necesidad evolutiva de un sistema genético tan complejo y diverso puede relajarse, permitiendo que algunos de estos genes se pierdan con el tiempo.
El estudio también utilizó estas predicciones estructurales para construir un árbol genealógico de las propias proteínas. El análisis mostró que las proteínas en Podocoryna y Hydractinia están más estrechamente relacionadas entre sí que con otros grupos, lo que sugiere que una expansión específica de estos genes ocurrió en el ancestro de estas dos especies. A pesar de las diferencias en el recuento y la disposición de los genes, la estructura central de las proteínas se mantuvo notablemente estable. Aunque las secuencias genéticas habían cambiado lo suficiente como para ser difíciles de reconocer mediante métodos estándar, las formas tridimensionales de las proteínas se mantuvieron consistentes, preservando la capacidad de realizar su función crítica. Este hallazgo refuerza la idea de que la estructura de la proteína es a menudo más duradera que el código genético que la crea, permitiendo a los científicos rastrear líneas evolutivas que de otro modo se perderían en el tiempo.
En última instancia, este trabajo proporciona una imagen más clara de cómo podrían haberse originado los sistemas inmunológicos de los animales complejos. Al demostrar que un sistema complejo y agrupado para el autorreconocimiento existió en los ancestros de los cnidarios modernos, el estudio sugiere que los componentes básicos del sistema inmunológico humano son mucho más antiguos y generalizados de lo que se pensaba anteriormente. Los investigadores proponen que la capacidad de distinguir entre lo propio y lo no propio utilizando estos tipos específicos de proteínas es un rasgo profundo y compartido en todo el reino animal, en lugar de una invención reciente de los vertebrados. Si bien la relación exacta entre estos genes antiguos de los cnidarios y el sistema inmunológico humano aún se está explorando, el descubrimiento de este complejo genético conservado ofrece una pieza crucial del rompecabezas, señalando un origen evolutivo común para las formas en que los animales se protegen del mundo exterior.
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