Toda la información necesaria para la vida de los organismos está almacenada en su genoma. Cuando se habla sobre su importancia frecuentemente se piensa solamente en las regiones del genoma que codifican proteínas como las más relevantes desde el punto de vista funcional y de organización. Sin embargo, los datos de secuenciación de cientos de genomas han revelado que la fracción del genoma ocupado por secuencias codificantes es en realidad minoritaria. Es de resaltar que tras demostrarse la enorme cantidad del genoma ocupado por secuencias repetidas no codificantes se pasó a considerar estas regiones como “ADN basura”. Si bien se puede encontrar ~75% de regiones del genoma humano que se transcriben, solamente un 2% se traducen a proteínas mientras que el resto corresponde a ARNs no codificantes (ncRNAs, por sus siglas en inglés). De hecho, la presencia de grandes cantidades de ADN no codificante, que pueda transcribirse o no, es una característica de los genomas de todas las especies estudiadas, incluidos hongos, plantas y animales.
Descifrar la relevancia estructural y funcional de dichas regiones no ha sido, ni está siendo, una tarea fácil no solo debido a la cantidad sino también a la diversidad de elementos genómicos incluidos en esta categoría. Dado el potencial y retos a los que se enfrenta este ámbito de investigación, el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) promovió la redacción de una monografía sobe Genoma y epigenoma, uno de cuyos capítulos versó sobre el genoma no codificante. El desarrollo de estrategias experimentales avanzadas está permitiendo aumentar enormemente nuestra capacidad de estudio y de entender su relevancia.
El genoma no codificante se compone de diversos elementos que globalmente pertenecen a dos grandes grupos: las secuencias repetidas y las secuencias reguladoras. Las regiones genómicas que contienen secuencias repetidas incluyen no solo las regiones teloméricas y centroméricas sino también los transposones o elementos móviles del genoma, cuya existencia fue propuesta por Barbara McClintock en las décadas de 1940 y 1950, y cuya excepcional y pionera investigación mereció la concesión del Premio Nobel en 1983. El resto del genoma no codificante con funciones reguladoras está constituido por intrones y regiones intergénicas que se transcriben para producir ARNs en los enhancers (eRNAs, por sus siglas en inglés), ARNs no codificantes largos (long ncRNAs, por sus siglas en inglés), microARNs (miRNAs, por sus siglas en inglés) o ARNs circulares (cirRNAs, por sus siglas en inglés). En el presente dosier se incluyen cuatro artículos que tratan sobre la organización, función y relevancia de los transposones y de los enhancers para darnos una visión de estos elementos genómicos.
El Dr. Josep Casacuberta y la Dra. Elena Casacuberta nos describen los transposones, su organización estructural y relevancia en la respuesta a estrés, y la producción de mutaciones tanto en plantas como en animales. Conocer el contexto histórico de la investigación sobre transposones es también fundamental para entender la controversia inicial sobre su existencia así como la relevancia funcional en la dinámica de los genomas que con los años han llevado a definirlos como elementos cruciales en la organización y función de los genomas eucarióticos. Un aspecto fundamental es la capacidad de los transposones de poder modificar el desarrollo de los organismos, en particular de las plantas, para adaptar su crecimiento a las cambiantes condiciones ambientales.
La Dra. Josefa González abunda en la discusión de dos aspectos muy relevantes de la biología de los transposones, derivados de su capacidad de movilizarse de una región del genoma a otra. Por un lado, su función como reguladores de la expresión génica al insertarse en zonas próximas al inicio de la transcripción de algunos genes, y poseer promotores y secuencias de unión de factores de transcripción. Por otro, la movilidad de los transposones contribuye a la generación de nuevos transcritos que pueden modificar la adaptabilidad y la evolución de las especies.
El Dr. Bernardo Rodríguez-Martín y Layla Díaz-Portal, estudiante de su laboratorio, nos iluminan sobre las consecuencias de la transposición de los elementos móviles en salud humana. Su artículo nos ilustra sobre las consecuencias de las inserciones de transposones en la línea germinal así como su implicación en enfermedades como el cáncer.
Por último, El Dr. Leonardo Beccari, junto con su estudiante Jorge Mañes García, enfoca su contribución a otros elementos del genoma no codificante fundamentales en la regulación de la expresión génica, los enhancers y cómo su función depende de la organización estructural del genoma dentro del núcleo eucariótico en dominios topológicamente asociados (TADs, por sus siglas en inglés).
Estos cuatro artículos son solamente una selección de temas para empezar a entender la situación actual de la investigación del genoma no codificante. Una descripción exhaustiva de todos los temas relevantes requeriría más artículos para tratar la diversidad funcional de los ARNs no codificantes que pueden servir de base para otro dosier de esta revista. Lo que queda patente es la necesidad de dedicar mucha atención al antes conocido como “ADN basura” ya que, muy al contrario, se trata de un componente del genoma muy diverso y con funciones cruciales en el control de la expresión génica, en la organización del genoma, tanto en su integridad como en su dinamismo, con enormes implicaciones en el desarrollo de los organismos, su adaptabilidad y evolución.
Para leer más
- Gutiérrez C y Hernández-Munaín C. The non-coding genome, Chapter 4, pp. 79-100. En: CSIC Scientific Challenges: Towards 2030; Vol 3: Genome and epigenetics. Montoliu L y Rada-Iglesias A, eds. (2021). e-ISBN: 978-84-00-10738-3e.
- Fox Keller E. A feeling for the organism. The life and work of Barbara McClintock. Henry Holt & Company, New York (1983). ISBN: 0-8050-7458-9.
