La pérdida de los genes implicados en la función gástrica durante el ornitorrinco evolution

pérdida de genes implicados en la función gástrica durante la evolución ornitorrinco
Resumen Antecedentes
Francia El ornitorrinco (Ornithorhynchus anatinus
) pertenece a la subclase de mamíferos Prototheria, los cuales divergieron de la línea Theria temprano en la evolución de los mamíferos. La secuencia del genoma del ornitorrinco ofrece una oportunidad única para iluminar algunos aspectos de la biología y la evolución de estos animales.
Resultados
Se demuestra que varios genes implicados en la digestión de los alimentos en el estómago se han eliminado o inactivado en el ornitorrinco. Comparación con otros genomas de vertebrados reveló que los principales genes implicados en la formación y la actividad de jugo gástrico se han perdido en platypus. Estos incluyen la aspartil proteasas pepsinógeno A y pepsinógenos B /C, la secreción de ácido clorhídrico de la hormona estimulante de la gastrina, y la subunidad α de la gástrico H + /K + - ATPasa. Otros genes implicados en las funciones gástricas, tales como la subunidad β de la H + /K + - ATPasa y la aspartil proteasa catepsina E, han sido inactivados por la adquisición de mutaciones de pérdida de función. Todos estos genes son altamente conservados en vertebrados, lo que refleja un patrón único de la evolución en el genoma del ornitorrinco no se había visto anteriormente en otros genomas de mamíferos.
Conclusión México La pérdida observada de genes implicados en funciones gástricas podría ser responsable de la anatomía y las diferencias fisiológicas en el tracto gastrointestinal entre monotremas y otros vertebrados, incluyendo tamaño pequeño, la falta de glándulas, y alto pH del estómago monotreme. Este estudio contribuye a una mejor comprensión de los mecanismos que subyacen a la evolución del genoma del ornitorrinco, podría extender el modelo menos es más evolutivo de los monotremas, y proporciona nuevos conocimientos sobre la importancia de los eventos de pérdida de genes durante la evolución de los mamíferos.
antecedentes
Un objetivo importante en la secuenciación de genomas diferentes es identificar los cambios genéticos que son responsables de las diferencias fisiológicas entre estos organismos. En este sentido, la comparación entre los genomas humanos y de roedores ha identificado una expansión en roedores de genes que están implicados en la fertilización y la maduración del esperma, la defensa del huésped, la percepción del olor, o la desintoxicación [1-3], lo que confirma en el nivel genético las diferencias fisiológicas en estos procesos entre los seres humanos y roedores. Además, el desarrollo de procesos biológicos específicos durante la evolución, por ejemplo la producción de leche en los mamíferos, se ha visto acompañada por la aparición de nuevos genes que están implicados en estas nuevas funciones, tales como la caseína y α-lactalbúmina [4]. Por lo tanto, parece que la adquisición de nuevas funciones fisiológicas durante la evolución de vertebrados ha sido impulsado por la generación de nuevos genes adaptados a estas funciones nuevas. Sin embargo, aunque las ganancias de genes constituyen un mecanismo intuitivo para el desarrollo de nuevas funciones biológicas, las pérdidas de genes también han sido importantes durante la evolución, tanto cuantitativa como cualitativamente [5-9]. La reciente disponibilidad de numerosos genomas de vertebrados ha abierto la posibilidad de realizar un análisis de la evolución a gran escala con el fin de identificar los genes diferenciales responsables de las diferencias específicas en determinados procesos biológicos. México La ornitorrinco (Ornithorhynchus anatinus
) representa un recurso valioso para desentrañar los mecanismos moleculares que han estado activos durante la evolución de los mamíferos, debido tanto a su posición filogenética y a la presencia de características biológicas únicas [10]. Junto con los equidnas, ornitorrinco constituye la subclase Monotremata (prototherians); esta es una de las dos subclases en que se dividen los mamíferos, junto con therians, que se subdividen en marsupiales (metatherians) y mamíferos placentarios (euterios) [11]. La aparición de características de mamíferos específica como homeotermia, la presencia de la piel, y las glándulas mamarias hace que este organismo un elemento clave en la elucidación de los factores genéticos que están implicados en la aparición de estas funciones biológicas. Sin embargo, desde el último ancestro común de los mamíferos, hace más de 166 millones de años (MYA) [12, 13], otras características han surgido, tales como la presencia de glándulas de veneno o electrorrecepción, y algunas características de vertebrados se han perdido, dando como resultado la ausencia de los dientes permanentes o un estómago funcional [14, 15].
en este trabajo, nos muestran que se ha producido una eliminación selectiva y la inactivación en el genoma del ornitorrinco de varios genes que están implicados en la actividad del estómago, incluyendo todos los genes que codifican proteasas pepsina, que están implicadas en la digestión inicial de proteínas en el pH ácido del estómago, así como los genes requeridos para la secreción de ácido en este órgano (Figura 1). La pérdida y la inactivación de estos genes proporcionan una base molecular para la comprensión de los mecanismos que son responsables de la ausencia en el ornitorrinco de un estómago funcional, y ampliar nuestro conocimiento de la evolución de los genomas de mamíferos. Figura 1 Esquema del sistema gastrointestinal euterios, mostrando glándulas gástricas y tipos celulares específicos. Las proteínas secretadas por cada tipo de célula y directamente implicados en la digestión de alimentos se indican, destacando en rojo aquellas proteínas que están ausentes en platypus. factor intrínseco gástrico * es producida por las células parietales en los seres humanos, pero en el páncreas de los monotremas y otros mamíferos.
Resultados y discusión
La pérdida de genes de pepsina en el genoma del ornitorrinco
Durante la anotación inicial y caracterización del ornitorrinco genoma, nos dimos cuenta de la ausencia de varios genes de proteasa en este organismo que estaban presentes en otras especies de mamíferos [2, 10]. La mayoría de estos genes de la proteasa perdidas codifican miembros de las familias de la proteasa rápida evolución, incluyendo proteasas que están implicados en las funciones inmunológicas, espermatogénesis, o la fertilización [2, 16]. Sin embargo, cuando se realizó un análisis más detallado de todos estos genes de proteasas perdidos en ornitorrinco, se observó que aquellas que codifican tres principales aspartil proteasas gástricas (pepsinógeno A, pepsinógeno B, y gastricsina /pepsinógeno C) también estuvieron ausentes de la asamblea del genoma del ornitorrinco . Estas proteasas son responsables de la escisión proteolítica de proteínas de la dieta en el pH ácido del estómago, y se han altamente conservada a través de la evolución, desde peces a mamíferos y aves [17]. Los genes que codifican estas proteasas (PGA
, PGB
, y PGC
) se encuentran en diferentes locus cromosómico, cuya estructura general también ha sido bien conservada en la mayoría de los genomas de vertebrados, incluido el ornitorrinco (Figura 2). Por lo tanto, parece poco probable que su ausencia en platypus podría ser debido al estado incompleto del conjunto del genoma en una región cromosómica específica. Por otra parte, el análisis de más de 2 millones de secuencias de rastreo que no están presentes en el montaje y la etiqueta de secuencia expresada (EST) secuencias de diferentes tejidos ornitorrinco [10] también fallaron en revelar la existencia de cualquiera de estos genes pepsinógeno, lo que refuerza la hipótesis de que habían sido específicamente eliminado en el genoma de este mamífero. Figura 2 La deleción de los genes codificantes de pepsinógeno en el genoma del ornitorrinco. (A) un mapa Synteny de los loci que contienen PGB
y PGC
en los vertebrados muestra una fuerte conservación de los genes que codifican pepsinógeno C y sus genes de acompañamiento, con la excepción de platypus, en el que PGC
ha sido específicamente eliminado. La figura también muestra cómo apareció el gen que codifica pepsinógeno B en therians como resultado de una duplicación de PGC
a un locus en la zona, seguido por una translocación. La región correspondiente en el genoma del ornitorrinco carece de cualquier gen pepsinógeno codificante. pepsinógeno genes funcionales se colorean en azul, mientras que los pseudogenes pepsinógeno están en rojo. Para humanos y perros, que se sometió a una translocación del PGB
locus, los cromosomas se indican a la izquierda. Las secuencias del genoma analizados son de ornitorrinco (Ornithorhynchus anatinus
), humano (Homo sapiens
), perro (Canis familiaris
), zarigüeya (Monodelphis domestica
), lagarto (Anolis carolinensis
) , pollo (Gallus gallus
), y la rana (Xenopus tropicalis
). (B) Mapa Synteny de la PGA
locus en diferentes especies de vertebrados muestra la supresión de este gen de la proteasa gástrica en el genoma del ornitorrinco. cromosomas artificiales bacterianos (BAC) y fosmids utilizados en el estudio se indican en la parte superior de cada panel. . Colores de genes y la escala son los mismos que en el panel A
Para investigar esta posibilidad, lo primero que comparó la organización genómica de estos genes de proteasas tres aspartil - PGA
, PGB y PGC
CD - en los genomas de humano, perro, zarigüeya, pollo, lagarto, y la rana [18-21]. Está bien establecido que los genes que codifican pepsinógenos han sido objeto de varias expansiones durante la evolución de los vertebrados, que conduce a la presencia de al menos tres a seis miembros funcionales distintos en los genomas de estos organismos (Figura 2a). Además, un evento de duplicación en PGC
en el linaje therian ha resultado en la formación de PGB
, que parece ser funcional en zarigüeya y perro, y en este último probablemente ha reemplazado la función de PGC
, que ha sido inactivado por pseudogenization. Los loci que contiene estos genes pepsinógeno han sido altamente conservado a través de la evolución, y sus genes de acompañamiento también están perfectamente conservadas tanto en secuencia y orden de nucleótidos en los genomas de vertebrados (Figura 2a).
Análisis de cromosomas artificiales bacterianos ornitorrinco (BAC) y /o fosmids correspondientes a estas regiones revelaron que los genes que flanquean los genes pepsinógeno en otras especies se conservan y se asignan a la región syntenic correspondiente del genoma del ornitorrinco (Figura 2). Sin embargo, una sonda de ADN correspondiente a murino pepsinógeno A no hibridar con la BAC o fosmids que abarcan las regiones de interés ornitorrinco analizados (ver archivo de datos adicional 1). Por otra parte, la secuenciación completa de las regiones genómicas ornitorrinco flanqueadas por TFEB Opiniones y FRS3
así como por C1orf88 Opiniones y CHIA2
no pudo detectar ningún genes que codifican pepsinógeno C o pepsinógeno B, respectivamente. Además, y con el fin de probar la posibilidad de que los genes pepsinógeno han sido incorporadas a otros loci durante la evolución platypus, se realizó un análisis de transferencia Southern con la misma sonda usando ADN genómico total. Este análisis dio como resultado la ausencia de hibridación cuando se utiliza el ADN genómico de una especie ornitorrinco y equidna (Tachyglossus aculeatus
), mientras que la misma sonda detecta fácilmente dos bandas de hibridación de especies distantes más evolutivos como lagartija (Podarcis hispanica
) y pollo (datos no mostrados).
conjunto, estos datos indican que los genes que codifican estas proteasas gástricas se han eliminado específicamente en el genoma de monotremas, probablemente dando como resultado diferencias importantes en la digestión de las proteínas de la dieta en estas especies cuando se compara con otros vertebrados.
pérdida o inactivación de genes platypus implicados en la secreción de ácido del estómago
pepsinógenos son sintetizados por las células principales en las glándulas oxínticas del estómago como precursores inactivos que se activan cuando se exponen al bajo pH de la fluido gástrico [22]. La secreción de ácido clorhídrico es estimulada por la hormona gastrina gástrico, que se libera por enteroendocrinas células G que están presentes en las glándulas pilórico en respuesta a los aminoácidos y las proteínas digeridas. Para tratar de extender las conclusiones anteriores sobre la ausencia de genes pepsinógeno en ornitorrinco, el próximo evaluó la posibilidad de que el gen que codifica la gastrina (GAST
) también podría estar ausente del genoma del ornitorrinco.
Después de análisis genómico comparativo después de la misma estrategia que en el caso de los genes pepsinógeno, que no pudo detectar ninguna evidencia de la presencia de GAST Hoteles en ornitorrinco (véase el archivo de datos adicional 1), lo que sugiere que la secreción de ácido también podría verse afectada en esta especie. En consonancia con esta observación, el análisis genómico paralelo también demostró que la subunidad α de la H + /K + - ATPasa (ATP4A
), que es responsable de la acidificación del contenido del estómago por las células parietales, también ha sido eliminado del genoma del ornitorrinco. Este gen, que está presente desde los peces hasta los amniotas, ha sido altamente conservadas a través de la evolución, pero está ausente de la asamblea genoma del ornitorrinco (Figura 3a). También similar al caso de genes pepsinógeno, el ATP4A
-flanking genes (TMEM147
y KIAA0841
), que están presentes en el pescado, therians, y pollo, se identificaron fácilmente en platypus. Por lo tanto, el análisis de un clon fosmid correspondiente a esta región con una sonda para el gen más proximal (TMEM147
) dio como resultado la detección de una banda de hibridación específica en el ornitorrinco (véase el archivo de datos adicional 1). Sin embargo, no hay bandas de hibridación puede ser detectada en ornitorrinco fosmid Kaag-0404B19, o ADN genómico total de ornitorrinco y T. aculeatus
cuando se utiliza un derivado de ser humano ATP4A
sonda, que de otro modo reconocido bandas específicas en el ratón, pollo y lagarto (archivo de datos 1 y datos no mostrados). Estos resultados extienden los descubrimientos anteriores en los genes de proteasas gástricas y demuestran que otros genes implicados en la actividad digestiva de jugo gástrico también se han eliminado selectivamente de los genomas de monotremas. Figura 3 La ausencia de un ácido gástrico funcional secretoras de H + /K + -ATPasa en monotremas. (A) Árbol filogenético que muestra la distribución de una subunidad α funcional de la H + /K + -ATPasa gen (ATP4A
) en los vertebrados, que indica en rojo la ausencia de este gen en platypus. El porcentaje de las identidades a nivel de proteínas de ATP4A de humano (Homo sapiens
), perro (Canis familiaris
), zarigüeya (Monodelphis domestica
), lagarto (Anolis carolinensis
), pollo (Gallus gallus
), y la rana (Xenopus tropicalis
) se muestra en cuadros de color amarillo. (B) la estructura de genes de ATP4B
y la alineación de secuencias de aminoácidos de los exones se indican con ATP4B de diferentes especies de vertebrados, incluyendo el pez espinoso pez teleósteo (Gasterosteus aculeatus
). traducción electroferogramas y la secuencia de ornitorrinco ATP4B
los exones 3, 4 y 7 que muestra la presencia de codones de parada prematuros y un desplazamiento del marco (flecha roja). MYA, hace millones de años.
A continuación examinó la posibilidad de que los mecanismos distintos de los relativos a la supresión específica de genes gástricos también podrían contribuir a la pérdida aparente de ornitorrinco de las funciones digestivas conservadas evolutivamente. Este análisis nos llevó a la conclusión de que dos conocidos genes gástricas - a saber, CTSE Opiniones y ATP4B
[23-25], que codifican la aspartil proteasa catepsina E y la subunidad β de la H + /K + - ATPasa, respectivamente - han sido inactivado por pseudogenization. Por lo tanto, en primer lugar observamos que el genoma del ornitorrinco contiene secuencias con una alta similitud con ambos genes gástricas en las regiones syntenic correspondientes, lo que sugiere que CTSE Opiniones y ATP4B
podrían de hecho ser genes funcionales en ornitorrinco. Sin embargo, un análisis más detallado de su secuencia de nucleótidos reveló que CTSE
no es funcional en esta especie debido tanto a la presencia de un codón de parada prematuro en el exón 7 (Lys295Ter) y a la pérdida de seis de sus nueve exones. Del mismo modo, el gen que codifica ATP4B se ha pseudogenized en platypus debido a la presencia de codones de parada prematuros en los exones 3 y 4 (Tyr98Ter y Lys153Ter), así como un marco de lectura en el exón 7 (Figura 3b). Esta observación, junto con la pérdida de ATP4A
en platypus, confirma la ausencia de un funcional H + /K + - ATPasa en este vertebrado y proporciona al menos parte de la explicación para la falta de ácido la secreción en el estómago ornitorrinco; este es un rasgo característico de los monotremas, cuyo jugo gástrico está por encima de pH 6 [14].
La pérdida de genes gástricos durante la evolución ornitorrinco Francia El estómago de los mamíferos está forrado con un epitelio glandular que contiene cuatro tipos principales de células [26] : células mucosas, parietales, principales, y neuroendocrinas. Los datos presentados anteriormente muestran que los genes que codifican diferentes productos de estos cuatro tipos principales de células del epitelio glandular gástrica se han eliminado o inactivado durante la evolución monotreme (Figura 1 y Tabla 1) de forma selectiva. Aunque los genes que codifican proteasas han demostrado ser sometido a procesos de genes eventos ganancia /pérdida en ambos vertebrados e invertebrados genomas [5, 16, 27], hemos determinado que estos eventos de pérdida de genes observados en los genes gástricos ornitorrinco no representan una proceso general que afecta a todas las proteínas que están implicadas en la digestión de alimentos, porque el análisis de los genes implicados en las funciones gastrointestinales reveló que aquellos que codifican proteasas y hormonas expresadas en el intestino o páncreas exocrino de euterios están perfectamente conservadas en platypus (Figura 1). Por tanto, parece que ha habido una pérdida selectiva de genes platypus responsable de la actividad biológica de gástrico juice.Table 1 Resumen de genes implicados en la función gástrica en platypus
Proteína
Gen
la Situación en el genoma del ornitorrinco
evidencia confirmatoria
ATPasa H + /K + intercambio, α polipéptido
ATP4A
Ausente
transferencia Southern
ATPasa H + /K + intercambio, polipéptido β
ATP4B
Pseudogene
PCR /secuenciación directa
catepsina E
CTSE
pseudogene
PCR secuenciación /directo gastrina
GAST
Ausente
Southern blot
Neurogenina 3
Ngn3
Ausente
transferencia de Southern
La pepsina A
PGA
Ausente
transferencia Southern /secuenciación
pepsina C
PGC
Ausente
transferencia Southern /secuenciación
gástrico intrínseco factor de
GIF
Presente (expresión de páncreas)
RT-PCR
quimosina
CYMP
Presente (expresión no detectado)
Secuenciación /RT-PCR
RT,-PCR, reacción en cadena reversa de la polimerasa de transcripción.
para abordar esta cuestión, el próximo realizó una búsqueda detallada de la aparición putativa en el genoma del ornitorrinco de genes funcionales que codifican proteínas secretadas por las glándulas gástricas. Esta búsqueda nos llevó a la identificación de dos genes con características interesantes en este sentido. El gen que codifica el factor intrínseco gástrico (GIF
), que es necesaria para la absorción de la vitamina B 12, está perfectamente conservada en platypus. Esta proteína es secretada por las células principales o parietales en la mayoría de los euterios, pero se produce principalmente por las células pancreáticas en perros, así como en la zarigüeya, en la que se puede detectar ninguna expresión gástrica [28, 29]. Por tanto, es probable que la expresión de este gen era pancreático antes de la división prototherian-therian, y el factor intrínseco aún podría ser secretada por el páncreas en platypus, donde puede ejercer su función fisiológica.
Para investigar esta posibilidad, se llevado a cabo el análisis por RT-PCR utilizando cebadores específicos para
GIF y el ARN de diferentes tejidos de cualquiera ornitorrinco o equidna (T. aculeatus
). Esto nos permitió encontrar que el GIF
expresión puede ser detectada en el páncreas y el menor expresión puede ser también detectado en el hígado, así como en el cerebro equidna, mientras que no se detectó expresión en el músculo o en el cerebro del ornitorrinco (véase el archivo de datos 2 ). Por lo tanto, estos resultados indican que, similar al caso de marsupiales, la
gen GIF también se expresa por el páncreas en monotremas. Una situación similar podría ocurrir en el caso de la quimosina, una aspartil proteasa que participa en la coagulación de la leche por proteolisis limitada de la caseína κ [30]. La quimosina está presente en el pollo y en la mayoría de las especies de mamíferos, aunque se ha inactivado por pseudogenization en humanos y otros primates [2, 31]. Nuestro análisis genómico también detectó un gen que contiene un marco de lectura abierto completo que pueda constituir un gen de quimosina funcional en el genoma del ornitorrinco. Este hallazgo, junto con la ausencia de pepsinas solubles y catepsina E en platypus, sugiere que la quimosina puede ser la única aspartil proteasa con capacidad para contribuir a la digestión de alimentos en el estómago de ornitorrinco. Sin embargo, es muy poco probable que la quimosina puede compensar la falta de actividad de la pepsina en el estómago platypus debido a su actividad proteolítica mucho más baja en comparación con la de pepsinas [30]. Además, el alto pH del estómago ornitorrinco podría prevenir la activación de zimógeno y la actividad proteolítica de esta peptidasa. Por último, es posible que, similar al caso del factor intrínseco, quimosina platypus puede ser también producido por otros tejidos. En este sentido, hemos sido incapaces de detectar la expresión de este gen en cualquiera de los tejidos analizados anteriormente (datos no mostrados), aunque su participación putativo en la digestión de las proteínas alimentarias debe caracterizarse adicionalmente.
La pérdida de estómago función en prototherians es único entre los vertebrados, ya que este órgano ha sido funcional para más de 400 millones de años, de los peces a therians y aves, y se ha adaptado a los hábitos dietéticos específicos, lo que resulta en la formación de múltiples cámaras en las aves y los rumiantes [ ,,,0],32]. Por el contrario, el estómago de ornitorrinco es completamente aglandular y se ha reducido a un simple dilatación del esófago inferior [14, 15]. Es notable que algunas especies de peces como el pez cebra (Danio rerio
) y el pez globo (Takifugu rubripes
) también han perdido sus glándulas gástricas durante la evolución, aunque este hecho no ha aparentemente como resultado la pérdida de tantos genes gástricos en estos teleósteos como en el ornitorrinco [33, 34]. Por otra parte, el pequeño estómago, alto pH de fluido gástrico, y la falta de glándulas gástricas en echidna, junto con el hallazgo de que algunos de los genes perdidos en gástricas platypus también están ausentes en T. aculeatus
, sugieren que la la pérdida de la función del estómago y los genes gástricas en monotremas se produjo antes de la división ornitorrinco-equidna, más del 21 MYA [10]. Sin embargo, es difícil determinar si la pérdida de genes gástricas en ornitorrinco ha conferido una ventaja selectiva durante la evolución, o si se han perdido como resultado de una restricción de relajación, debido a los cambios adicionales en esta especie.
A este respecto , es posible que la pérdida de genes gástricas en monotremas podría haber conferido una ventaja selectiva a esta población contra los parásitos o patógenos que se basan en la presencia de un pH ácido en el estómago durante su infección o propagación, o el uso de proteínas de superficie celular tales como ATP4A, ATP4B, o CTSE como receptores para la infección. Si este fuera el caso, entonces esto representaría un claro ejemplo de la "más menos es" hipótesis [35, 36], que postula que la pérdida de un gen podría conferir una ventaja selectiva en condiciones específicas. Sin embargo, en ausencia de datos adicionales, no puede descartarse que los cambios adicionales en el sistema digestivo de los monotremas hicieron irrelevante la función de los genes descritos en este trabajo, y se sometieron a la acumulación de mutaciones perjudiciales debido a una restricción relajado . Sin embargo, una cuestión interesante en este punto es si las estrategias adicionales han sido adoptadas por platypus para llevar a cabo la digestión de proteínas eficiente en ausencia de un número de enzimas gástricas. Los cambios en los hábitos alimenticios, tales como la alimentación de larvas de insectos, que son fáciles de digerir; la presencia de estructuras anatómicas específicas, tales como la molienda placas o la mejilla-bolsas, que permiten la trituración y almacenamiento de alimentos; y la aparición putativa de una característica flora gastrointestinal en ornitorrinco podría constituir mecanismos por los que esta especie ha superado la pérdida de un estómago funcional.
Otra cuestión planteada por este análisis comparativo del genoma es si la pérdida de todos los genes analizados anteriormente es causa o consecuencia de este fenotipo gástrico ornitorrinco en particular. La deleción del gen que codifica la gastrina puede haber contribuido a este proceso, porque los ratones deficientes en gastrina presentan una atrofia de la mucosa oxíntica, con un número reducido de células parietales y enteroendocrinas, aclorhidria, y la disminución de espesor de mucosa [37-39]. Además, la inactivación de ATP4B
se ha demostrado que producen una disminución significativa en las células y alteraciones principales pepsina productores en la estructura de las células parietales [25]. Por otra parte, la pérdida de la PGA
también podría contribuir a la atrofia gástrica observada en ornitorrinco, ya que esta proteasa se demostró recientemente que se requiere para el procesamiento y la activación de la proteína sonic hedgehog morfógeno (Shh) en el estómago [40]. Por lo tanto, la eliminación o inactivación de la gastrina, la secretar ácido-ATPasa, y pepsinógeno A podrían haber contribuido a una reducción sustancial en la formación de las glándulas gástricas en los monotremas. Sin embargo, no podemos descartar la posibilidad de que la función del estómago se perdió por algún otro mecanismo no relacionado, y - en ausencia de una presión selectiva para mantener los genes que codifican proteínas implicadas en la función gástrica - estos genes se perdieron por pseudogenization y /o supresión eventos. Sin embargo, la ausencia exclusiva de estos genes no se puede explicar la reducción significativa en el tamaño observado en el estómago de ornitorrinco, lo que sugiere que otros factores pueden ser responsables de este rasgo característico.
Para evaluar esta posibilidad, por primera vez seleccionado una serie de genes previamente descrito para influir en el tamaño del estómago en ratones y examinaron su conservación presencia y la supuesta secuencia en el genoma del ornitorrinco (archivo de datos adicional 3). Este análisis permitió determinar que el gen que codifica la neurogenina-3 se ha perdido en el ornitorrinco (archivo de datos adicional 1 y Tabla 1).
Neurogenina-3 es un factor de transcripción cuya actividad es necesaria para la especificación de la identidad de las células epiteliales gástricas , y la deficiencia de este factor resultados en estómagos considerablemente más pequeño y ausencia de células T secretoras de gastrina, las células D de somatostatina secretoras y células a secretora de glucagón [41]. Por lo tanto, es tentador especular que neurogenina-3 podría ser un gen candidato para explicar, al menos en parte, las diferencias morfológicas entre estómago platypus y la de otros vertebrados. Sin embargo, serán necesarios más estudios sobre el papel de neurogenina-3 en diferentes especies de atribuir un papel de este factor de transcripción en la definición de las diferencias estructurales o funcionales en el estómago durante la evolución de los mamíferos.
Los mecanismos involucrados en la pérdida de genes gástricas en ornitorrinco
Finalmente, en este trabajo se han examinado también posibles mecanismos responsables de la pérdida de genes gástricos en el genoma del ornitorrinco. Una primera posibilidad en este sentido debería ser la aparición de pérdidas de genes que ocurren dirigidas específicamente en ornitorrinco y el equidna dos especies existentes Zaglossus Opiniones y Tachyglossus
. Como primer paso en este análisis, y en base a estudios recientes de las pérdidas de genes específicos en la evolución de los homínidos [42], se examinó la hipótesis de que los genes gástricas fueron borrados de forma independiente en el ornitorrinco por recombinación homóloga no alélica o mediante la inserción de secuencias repetitivas. En consonancia con esta posibilidad, y de acuerdo con el aumento de la actividad de elementos intercalados en el genoma del ornitorrinco [10, 43], hemos encontrado que la CTSE
gen ha sido interrumpido en ornitorrinco por la inserción de elementos intercalados largos (líneas) y elementos cortos intercalados (Sines) en los exones 7 y 9, lo que altera la región de codificación de la proteína (Figura 4). Curiosamente, el exón 9 se vio interrumpido por la inserción de un elemento de LINE2 Plat1m, que fue interrumpido además por la inserción de un elemento SINE Mon1f3 (Figura 4). En este sentido, el análisis de los diferentes elementos intercalados en el genoma del ornitorrinco ha revelado que el principal período de actividad de los elementos Mon1f3 fue de entre 88 y 159 MYA [10], lo que indica que pseudogenization de CTSE
podría haber ocurrido dentro de este período, y lo que sugiere que la inactivación de genes gástricas en monotremas encendido al menos 88 MYA. Además, la alta abundancia de elementos repetitivos en el CTSE
región (más de 3,8 kilobases elementos intercalados por comparación con el 2 para la media del genoma [10]) podrían haber contribuido a la supresión de seis de los nueve exones de CTSE fotos: por recombinación homóloga no alélica entre estos elementos repetitivos. La densidad variable de elementos intercalados en las regiones examinadas en este estudio plantea la posibilidad de que mecanismos similares a la observada en CTSE
podrían haber sido responsable de la eliminación completa de otros genes gástricos, aunque la participación de otros mecanismos en este proceso no puede descartarse. Figura 4 La inactivación del gen CTSE
mediante la inserción de elementos intercalados. Mapa genético de la CTSE
locus en el genoma platypus que muestra la alteración de los exones 7 y 9 por los elementos intercalados. paneles superior e inferior muestran una vista más detallada de los exones 7 y 9, respectivamente, lo que indica la secuencia de nucleótidos de los exones y la interrupción de elemento largo intercalados (LINE) 2 y elementos cortos intercalados elementos (sinusoidal). pb, pares de bases.
Conclusión
En resumen, el análisis detallado de la secuencia del genoma del ornitorrinco nos ha permitido demostrar que una serie de genes que están implicados en la digestión de los alimentos en el estómago en concreto que se haya eliminado o inactivado en esta especie , así como en echidna. Es notable que los resultados presentados aquí pueden constituir un ejemplo excepcional de la-is-menos más modelo evolutivo [35, 36], tanto por el número de genes implicados, así como para las consecuencias fisiológicas derivadas de estas pérdidas genéticos.

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