¿La homología proporciona evidencia del naturalismo evolutivo?

ANALIZANDO EL CROMOSOMA 2 - parte 2

EXAMINANDO LA SECUENCIA DE ADN PARA UN CENTRÓMERO CRÍPTICO

Después de la supuesta fusión de dos cromosomas más pequeños a base de telómeros, habrían tenido que existir dos centrómeros en el cromosoma quimérico recién formado, uno de cada uno de los dos cromosomas fusionados. De acuerdo con el modelo evolutivo, la degeneración de la secuencia más la selección continuaría hasta que el segundo centrómero fuera completamente no funcional. La evidencia de ADN en cuestión se basa en el hecho de que los centrómeros de mamíferos humanos, de simios grandes y de otros mamíferos están compuestos por una clase de secuencia de ADN altamente variable que se repite una y otra vez con el nombre de ADN alfa-satélite o alofoide. El ADN alfoide, aunque se encuentra en las áreas centroméricas, no es exclusivo de los centrómeros e incluso es muy variable entre regiones homólogas en todo el mismo genoma de mamífero.

El monómero alfoideo humano básico es un motivo de 171 bases representado por una secuencia consenso sintética patentada en Genbank (Acc. # CS444613). También existen dos pequeños clones secuenciados que representan repeticiones alfoides con función de centrómero celular comprobada. Nueve fragmentos alfoides diferentes en el sitio del centrómero críptico asociados con el supuesto evento de fusión del cromosoma 2 también fueron secuenciados y enviados al GenBank por un laboratorio italiano (ver figura 4 para los números de acceso). En total, hemos descargado y analizado las 12 secuencias de estas similitudes entre sí y de forma individual para la homología del genoma completo.

Usando la herramienta BLAT en la versión más reciente (v 3.7) del ensamblaje del genoma humano, las nueve secuencias de alfoides de laboratorio italianas provocaron los golpes más fuertes en el sitio del centrómero críptico putativo del cromosoma 2 para todas las accesiones. Esto confirmó que fueron clonados de esta región del genoma. La secuencia de 171 pb alfoides de consenso se alineó en el sitio del centrómero críptico con una identidad del 90,6%, lo que apoya la conclusión de que el sitio contiene secuencias similares a alfoides.

Sin embargo, la preocupación no es si esta ubicación contiene secuencias alfoides que se sabe que son ubicuas en el genoma humano, sino cuán similares son estas secuencias entre sí y para las repeticiones alóforas centroméricas funcionales conocidas. Las secuencias alfoides localizadas en los centrómeros forman series largas de patrones de repetición que son muy homogéneos en su estructura repetitiva, produciendo patrones distintivos de orden superior. Las regiones alfoides que no son centroméricas son más diversas en su contenido de monómeros y forman patrones de orden superior con características diferentes en comparación con los centrómeros. En la actualidad, hay cinco supraclases conocidos de monómeros alfoides humanos que se combinan en varias combinaciones. También hay evidencia de investigaciones en curso que las clases de monómeros alfoides pueden desglosarse en subfragmentos específicos que pueden estar presentes en el genoma por sí mismos o como un subfragmento en una región de repetición alfoide.

En un análisis de alineamiento de múltiples secuencias alofoidales humano, combinamos las dos secuencias alofoidales centroméricas funcionales con el conjunto de nueve secuencias alofoidales italianas junto con la secuencia consenso de alfoides de 171 bases en nuestro conjunto de datos (figura 4). También creamos repeticiones en tándem de la secuencia consenso alfoide de 171 bases que representa repeticiones de 2X a 4X de longitud como secuencias individuales. Las alineaciones se realizaron usando el paquete de software MUSCLE 22 y luego se refinaron usando el programa Gblocks. 23

Las alineaciones alfoides humanas revelaron claramente la desemejanza entre las secuencias alfoides y los distintos patrones de agrupamiento. Los patrones de similitud se evaluaron computacionalmente usando PhyML 24 con renderización de árboles realizada por TreeDyn (figura 4). Cuatro grupos principales se distinguieron por el análisis de PhyML con las secuencias funcionales del centrómero agrupadas por sí mismas y no con las secuencias alfoides ubicadas en el supuesto sitio del centrómero críptico en el cromosoma 2. Las secuencias en el sitio del centrómero críptico son claramente una mezcla diversa de monómeros alfoides. Formando tres grupos separados y no claramente representativo del ADN centromérico funcional. En una comparación estructural de los sitios del centrómero funcional y del centrómero críptico en el cromosoma 2 con la herramienta de visualización del genoma, Skittle, El supuesto sitio del centrómero críptico era considerablemente más diverso en cuanto a la secuencia y estructuralmente desordenado en comparación con el centrómero funcional en el cromosoma 2.

La compleja arquitectura de orden superior de este sitio diverso en Alfoides es claramente única y no es característica de un centrómero degenerado silenciado.

Múltiples informes que involucran tanto la hibridación como la investigación basada en la secuencia de la similitud entre alfoides / centrómeros entre humanos y simios prácticamente no han encontrado una homología evolutiva, a excepción de una similitud moderada en el centrómero del cromosoma X. James UL Baldini y otros publicaron que la "similitud de secuencia más alta entre humanos y grandes alfas monos es 91%, mucho menor que la similitud esperada para secuencias selectivamente neutras" https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/8444464.

Las regiones alfoides, a diferencia de muchas clases de secuencias de ADN, no están bien conservadas entre taxones e incluso muestran altos niveles de diversidad entre los cromosomas en el mismo genoma. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21081712.

Cuando las secuencias de alfoides humanos en nuestro conjunto de datos fueron consultadas contra el genoma del chimpancé usando BLAT y BLASTN, no pudimos obtener un único golpe significativo, verificando la gran desemejanza observada en los motivos alfoides entre los taxones. Estos datos se corresponden bien con varias décadas de investigación previa de múltiples laboratorios, discutidos anteriormente.

Resultados resumidos

El sitio de fusión reputado está ubicado en una región peri-céntrica con recombinación suprimida y debe exhibir un grado razonable de conservación de motivo de telómero en tándem. En cambio, la región es altamente degenerada, una característica notable informada por una investigación previa.

En una región de 30 kb que rodea el sitio de fusión, existe una escasez de motivos teloméricos intactos (hacia delante y hacia atrás) y muy pocos de ellos están en tándem o en marco.

Los motivos teloméricos, tanto hacia adelante como hacia atrás (TTAGGG y CCTAAA), pueblan ambos lados del supuesto sitio de fusión. Los motivos hacia adelante solo deben encontrarse en el lado izquierdo del sitio de fusión y los motivos inversos en el lado derecho.

La secuencia del sitio de fusión del núcleo de 798 bases no es exclusiva del supuesto sitio de fusión, sino que se encuentra en todo el genoma con 80% o más de identidad internamente en casi todos los cromosomas; lo que indica que es algún tipo de repetición de orden superior ubicua.

No se encontraron pruebas de synteny con chimpancé para el supuesto sitio de fusión. La secuencia del sitio de fusión del núcleo de 798 bases no se alinea con sus regiones telómeras ortólogas predichas en el genoma del chimpancé en los cromosomas 2A y 2B.

Las consultas contra el genoma del chimpancé con las secuencias alfoides humanas encontradas en el supuesto sitio del centrómero críptico en 2qfus humanos no produjeron impactos homólogos utilizando dos algoritmos diferentes (BLAT y BLASTN).

Las secuencias alfoides en el supuesto sitio del centrómero críptico son diversas, forman tres subgrupos separados en análisis de alineamiento y no se agrupan con elementos alofoides centroméricos humanos funcionales conocidos.

MATERIALES Y MÉTODOS

Las secuencias de ADN descritas en estos post se descargaron del sitio web del Centro Nacional de Biotecnología (NCBI) en archivos de texto con formato FASTA. www.ncbi.nlm.nih.gov/.

Resultados de BLAT en línea (herramienta de alineación Blast-Like) Se descargaron 17 búsquedas del navegador Genome en el sitio web de UCSC Genoma Bioinformatics (http://genome.ucsc.edu/) como archivos de texto plano y se analizaron con un script de shell POSIX escrito por JP Tomkins . Los análisis de la ocurrencia de motivos de los telómeros y el contenido de GC se realizaron con un guión escrito por JP Tomkins. Los guiones bioinformáticos desarrollados y utilizados en este estudio pueden solicitarse contactando al autor Tomkins en jtomkins@icr.org. Las figuras que representan genoma-vista BLASTN (nucleótido BLAST) alineaciones se obtuvieron usando software en línea disponible en NCBI. Para las alineaciones de secuencia de alfoides, el programa MUSCULO (Comparación de secuencia múltiple por log-expectativa) (v 3.7; www.ebi.ac.uk/Tools/muscle/index.html) seguido de curado con Gblocks (v 0.91b; http://molevol.cmima.csic.es/castresana/Gblocks.html) se usó para evaluar alineamientos y seleccionar bloques conservados para análisis con PhyML (v 3.0; http://atgc.lirmm.fr/phyml/ ). Los datos de árbol de PhyML se procesaron con TreeDyn (v 198; www.treedyn.org/ ). Secuencia de visualización de repeticiones y patrones de motivos se realizaron con el programa de software de visor del genoma Skittle y toda la secuencia consenso del cromosoma 2 humano descargado como un archivo fasta comprimido de NCBI.