image: The study describes the evolutionary history of this gene-family, which is responsible for a wide range of biological functions. view more
Credit: UNIVERSITY OF BARCELONA
La oxitocina y la arginina vasotocina (o arginina vasopresina) son dos hormonas del sistema endocrino que actúan también como neurotransmisores y que regulan en los vertebrados una amplia gama de funciones biológicas, como la formación de vínculos o la presión arterial. Los bioquímicos de la era pregenómica nombraron los genes que contienen la información necesaria para sintetizar estas hormonas de manera diferente en distintas especies de animales, debido a pequeñas diferencias en su composición química.
Un nuevo estudio de la Universidad de Barcelona (UB) y la Universidad Rockefeller, publicado en la revista Nature, ha analizado y comparado el genoma de 35 especies de los principales linajes de vertebrados y ha llegado a la conclusión de que ambas hormonas son codificadas por una misma familia de genes que provienen de un gen ancestral común.
Estos hallazgos se han obtenido gracias al uso de innovadoras técnicas de secuenciación genómica de alta calidad en el marco del Vertebrate Genomes Project. A partir de ellos, los investigadores proponen una nueva nomenclatura universal basada en la historia evolutiva genética. Según los autores del estudio, la propuesta permite unificar los diferentes nombres utilizados en los vertebrados, tanto para los genes que codifican las hormonas como para los que codifican sus receptores, facilitando así la investigación comparativa entre especies.
La publicación forma parte de la tesis doctoral de Constantina Theofanopoulou, realizada en la UB bajo la codirección de Cedric Boeckx, investigador ICREA del Instituto de Investigación de Sistemas Complejos de la UB (UBICS), y de Erich D. Jarvis, profesor de la Universidad Rockefeller.
Confusión terminológica entre especies
Este estudio surge de los problemas que encontró la primera autora del trabajo, Constantina Theofanopoulou, para investigar sobre el papel del gen oxitocina en el desarrollo y la evolución del lenguaje en pájaros cantores. «Al revisar la literatura científica para encontrar trabajos previos sobre este gen, nos dimos cuenta de que para los pájaros no se utilizaba oxitocina, sino mesotocina, que también eran términos diferentes en otras especies de vertebrados, como por ejemplo en las tortugas (isotocina) o las ranas (neurofisina). Ni utilizaban esta denominación ni tampoco coincidía el nombre de sus receptores, de manera que era muy difícil saber si estos genes tenían el mismo papel o incluso si se trataba del mismo gen o de otro», recuerda Constantina Theofanopoulou.
En ese contexto, los investigadores se marcaron como objetivo establecer qué genes eran equivalentes a oxitocina en las diferentes especies. Para ello utilizaron los resultados del Vertebrates Genome Project, una colaboración internacional liderada por Erich Jarvis, de la Universidad Rockefeller, que en su primera fase ha analizado los genomas de especies que representan todos los órdenes de vertebrados mediante métodos de secuenciación genética de una resolución sin precedentes. «La mayoría de los genomas actuales tienen cientos de miles o millones de errores, faltan partes de genes o están ensamblados incorrectamente. Estos errores pueden tener consecuencias en los hallazgos y avances científicos», explica la investigadora.
Estos nuevos datos de alta calidad han permitido no solo localizar cada gen en el cromosoma, sino también establecer el orden de los genes de su entorno, estudiados en ventanas de hasta sesenta genes alrededor del gen de interés, o incluso de todos los genes del cromosoma donde han encontrado este gen. Esta información es muy importante a la hora de comparar genes entre especies, ya que el orden génico llamado sintenia en el cromosoma permite identificar la presencia de un gen en la historia evolutiva de un organismo, aunque haya desaparecido a lo largo del tiempo.
Genes con un ancestro común
Estos resultados, junto con los de otros análisis filogenéticos realizados durante el estudio, demuestran que los genes que actualmente llamamos oxitocina y vasotocina que codifican para las hormonas homónimas son parálogos, es decir, que provienen de la duplicación de un ancestro común. «La totalidad de los hallazgos sugieren que el gen oxitocina es una duplicación del gen vasotocina tradicionalmente llamado vasopresina que habría tenido lugar después de la divergencia de los vertebrados con mandíbulas respecto a los vertebrados sin mandíbulas. Esto implica que, si hubiéramos entendido la evolución de estos genes desde el principio, no hubiéramos usado nombres diferentes para denominarlos, tal y como ocurre en otras familias de genes que tienen un nombre raíz común (por ejemplo, el gen FOXP) a la que se le añaden números para diferenciarlos (FOXP1, FOXP2 )», subraya Constantina Theofanopoulou.
Basándose en estos hallazgos, los investigadores proponen una nomenclatura universal en la que los nombres de oxitocina y vasotocina se utilicen en todos los vertebrados con mandíbulas, mientras que en todos los vertebrados sin mandíbulas e invertebrados estrechamente relacionados se utilice vasotocina para el único gen ancestral que tienen. Así, en esta propuesta el origen común de ambos genes se representaría a través del sufijo compartido, -tocina, mientras que la relación de parología se transmitiría a través de diferentes nombres de raíz oxi- y vaso-. Siguiendo estas directrices, lo que actualmente se llama en diferentes especies oxitocina, mesotocina, isotocina, glumitocina, valitocina, aspargtocina y neurofisina, con la nueva nomenclatura pasaría a llamarse solo oxitocina universalmente. Y lo que actualmente se llama en diferentes especies vasotocina, vasopresina, neurofisina 2 y fenipresina, con la nueva nomenclatura pasaría a llamarse solo vasotocina en todas las especies.
La propuesta también incluiría los receptores de ambos genes, de manera que en todas las especies pasarían a llamarse receptor de oxitocina (OTR) o receptor de vasotocina (VTR). De esta manera, lo que comúnmente se llama receptor de oxitocina (OXTR) en mamíferos, receptor de vasotocina 3 (VT3) o receptor de mesotocina (MTR) en aves y ranas, y receptor de isotocina (ITR) en peces, pasaría a llamarse en todos los casos receptor de oxitocina (OTR).
Historia evolutiva de la oxitocina y la vasotocina
El estudio también ha identificado seis receptores principales de oxitocina y vasotocina entre los vertebrados, cuatro de ellos presentes en los vertebrados sin mandíbulas y otros dos por primera vez presentes en vertebrados con mandíbulas. Este patrón implicaría que la evolución desde los invertebrados hasta ahora es más probable que se haya producido por una duplicación del genoma completo y varias duplicaciones de segmentos del genoma, en lugar de mediante dos duplicaciones completas, como defendía la hipótesis más extendida, aunque los investigadores no descartan del todo esta alternativa.
Según el nuevo estudio, se trata de la segunda vez que se encuentran evidencias de este tipo de historia evolutiva en una familia de genes. «Para cumplir la hipótesis de las dos duplicaciones completas, con la primera duplicación del genoma deberíamos pasar de tener dos receptores en los mixinos un pez agnato que estaría en el límite de los vertebrados a cuatro en las lampreas, tal y como los encontramos. Pero posteriormente, con la segunda ronda de duplicaciones, deberíamos encontrar ocho receptores en el resto de vertebrados. Sin embargo, al comparar las diferentes especies de vertebrados, solo hemos encontrado un máximo de seis receptores, y ningún rastro genómico de pérdida de genes, con lo que la explicación más probable es que no ha habido una segunda duplicación global del genoma, sino duplicaciones de segmentos que han dado lugar a los dos receptores más recientes», detalla la investigadora.
El siguiente paso sería conseguir la adopción de esta nueva nomenclatura basada en la historia evolutiva de los genes. «Es la primera vez que se intenta un cambio tan universal que afecta a tantos genes y de diferentes especies. Sin embargo, se adopte o no nuestra propuesta, los investigadores dispondrán de una guía sobre las equivalencias genéticas entre especies que facilitará su trabajo», concluye Constantina Theofanopoulou.
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Nature