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El Secreto de la Diversidad Animal en el ADN Plegado

¿Cómo es posible que, compartiendo genes muy similares, un coral, una medusa, una mosca y un ser humano desarrollen formas y funciones tan radicalmente distintas? La respuesta no reside solo en los genes mismos, sino en cómo y cuándo se “encienden” o “apagan”. Durante décadas, hemos entendido que en animales complejos como nosotros (los bilaterianos), la regulación génica depende no solo de la secuencia lineal del ADN, sino de su intrincada arquitectura tridimensional en el núcleo. Elementos reguladores distantes, como los “interruptores” (enhancers), se acercan físicamente a los genes que controlan mediante “bucles” de cromatina. Pero ¿cuándo surgió esta sofisticada organización 3D? ¿Es una innovación reciente o una característica fundamental presente desde los albores del reino animal? Un estudio trascendental publicado en Nature por Iana V. Kim, Arnau Sebé-Pedrós y un equipo internacional de colaboradores, arroja luz sobre esta pregunta fundamental, revelando que los bucles de cromatina, un sello distintivo de la regulación genómica compleja, son una característica ancestral que emergió muy temprano en la evolución animal.

El Genoma en 3D: Más que una Simple Cadena

Nuestro genoma no es solo una larga hebra de ADN; está meticulosamente empaquetado y plegado dentro del núcleo celular. Esta organización tridimensional no es aleatoria. Se divide en grandes compartimentos activos (A) e inactivos (B), y dentro de ellos, se forman estructuras más finas: los bucles de cromatina. Estos bucles son cruciales porque permiten que regiones reguladoras lejanas (enhancers o “potenciadores”) entren en contacto físico con los promotores (el “interruptor de encendido”) de los genes, afinando su expresión de manera precisa. Este control espacial es esencial para generar la vasta diversidad de tipos celulares especializados que componen a los animales complejos. Hasta ahora, no estaba claro si esta organización espacial era una adquisición evolutiva de los bilaterianos (animales con simetría bilateral) o si sus raíces eran más profundas.

Buceando en el Árbol de la Vida: El Experimento

Para rastrear los orígenes de esta arquitectura genómica, los investigadores adoptaron un enfoque comparativo audaz. Utilizaron técnicas de vanguardia como Micro-C (una versión de alta resolución de la captura de conformación cromosómica) combinada con análisis epigenómicos (marcas químicas en el ADN y las histonas) y de expresión génica. Estudiaron el genoma 3D de:

• Animales no bilaterianos: Linajes que divergieron antes que los bilaterianos, incluyendo esponjas (consideradas por muchos el linaje animal más antiguo), ctenóforos (medusas de peine), placozoos (animales planos y simples) y cnidarios (corales, anémonas, medusas).
• Los Parientes Unicelulares Más Cercanos: Organismos como coanoflagelados, filastereanos e ictiosporeanos, que representan los linajes justo antes de la aparición de la multicelularidad animal.

Esta selección estratégica permitió “fotografiar” la arquitectura genómica justo antes y después del origen de los animales.

El Descubrimiento Clave: Los Bucles son Ancestrales

Los resultados fueron reveladores y sorprendentes:

1. Bucles en los Primeros Animales: Se encontraron miles de bucles de cromatina bien definidos en ctenóforos, placozoos y cnidarios. Estos bucles conectaban tanto promotores con enhancers como promotores con otros promotores.
2. Ausencia en Esponjas y Unicelulares: Significativamente, estos bucles de cromatina estaban ausentes en las esponjas y en todos los parientes unicelulares analizados. En estos organismos, la regulación parece depender principalmente de elementos cercanos al gen.
3. Origen Temprano: Esto sitúa la emergencia de la regulación genómica espacial mediada por bucles muy temprano en la evolución animal, después de la divergencia de las esponjas, pero antes de la separación de los cnidarios y bilaterianos. ¡Es una característica fundamental del reino animal, no solo de los bilaterianos!
4. Mecanismos Diferentes: Curiosamente, los bucles en estos animales tempranos parecen estar determinados por secuencias específicas (motivos GC ricos en ctenóforos, posiblemente ligados a transposones en placozoos), pero no involucran a la proteína CTCF, el principal organizador de bucles en vertebrados. Esto sugiere que la evolución “inventó” diferentes maneras de formar estas estructuras cruciales.
5. Compartimentos Más Antiguos: La segregación global en compartimentos A (activos) y B (inactivos) sí parece ser una característica más antigua, presente en la mayoría de los linajes estudiados (excepto, notablemente, los ctenóforos en este estudio), sugiriendo que los bucles añadieron una capa adicional de regulación sobre esta organización más básica.

Implicaciones: Un Salto en la Complejidad Regulatoria

Este descubrimiento tiene implicaciones trascendentales para entender la evolución animal:

• Innovación Clave: La aparición de los bucles de cromatina representa una innovación evolutiva fundamental. Proporcionó una nueva dimensión para la regulación génica, permitiendo un control más fino y combinatorio de la expresión génica.
• Facilitador de la Diversidad: Esta complejidad regulatoria añadida fue probablemente un prerrequisito crucial para la evolución de la diversidad de tipos celulares y los complejos programas de desarrollo que caracterizan a los animales. Permitió reutilizar y co-regular genes existentes en nuevas combinaciones para generar nuevas funciones y morfologías.
• Evolución Convergente/Divergente: Muestra cómo diferentes linajes animales pueden haber desarrollado mecanismos moleculares distintos (basados en diferentes proteínas o motivos de ADN) para lograr una función similar: el plegado específico del genoma para la regulación génica.

Conclusión: Reconfigurando el Árbol de la Regulación Genómica Animal

El estudio de Kim, Sebé-Pedrós y su equipo redefine nuestra comprensión de cuándo y cómo evolucionó la complejidad regulatoria en los animales. Al demostrar que los bucles de cromatina son una característica ancestral, presente en linajes tan antiguos como los ctenóforos, placozoos y cnidarios, establecen que la organización espacial del genoma fue una innovación temprana y fundamental que probablemente allanó el camino para la explosión de diversidad animal. Este trabajo no solo resuelve una pieza clave del rompecabezas evolutivo, sino que también abre nuevas preguntas sobre los mecanismos moleculares específicos que gobiernan la formación de bucles en estos linajes antiguos y cómo estos sistemas han evolucionado y divergido a lo largo de cientos de millones de años.

Referencia del Artículo:

Kim, I. V., Navarrete, C., Grau-Bové, X., Iglesias, M., Elek, A., Zolotarov, G., … & Sebé-Pedrós, A. (2025). Chromatin loops are an ancestral hallmark of the animal regulatory genome. Nature. https://doi.org/10.1038/s41586-025-08960-w
(Publicado online; la paginación final puede variar).