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ADN mitocondrial nuclear

Secuencia de ADN

El ADN mitocondrial nuclear (abreviado NUMT, del inglés nuclear mitochondrial DNA segment)[1]​ es un término que se refiere a aquellas secuencias de ADN nuclear que son homólogas al ADN mitocondrial (ADNmt), que están presentes en células eucariotas. Algunas secuencias de ADN de las mitocondrias se transfieren con frecuencia al núcleo y han sido encontradas en numerosas especies.[2]​[3]​ El término fue acuñado por Jose V. Lopez en 1994 en un estudio sobre el genoma nuclear del gato doméstico.[1]​[2]​

Uno de los mecanismos de integración de ADN mitocondrial en el núcleo.

Los NUMT son, en su mayoría, pseudogenes —genes que no se transcriben a ARN mensajero (ARNm)—,[4]​ pero algunos, hallados sobre todo en plantas, son funcionales.[5]​ La cantidad de secuencias NUMT es muy variable en función de la especie. Es muy baja, por ejemplo en Plasmodium, Fugu y Drosophila y mayor en Arabidopsis y el ser humano —en Arabidopsis, existe una copia extensa de todo el genoma mitocondrial en un solo locus, con duplicaciones de algunos segmentos—.[2]​[6]​[7]​ Existen NUMT en todos los cromosomas humanos, sin preferencia por ningún locus. Casi siempre se insertan entre genes, y ocasionalmente dentro de intrones.[8]​ En general, representan el 0,016 % del genoma humano.[4]​

La hipótesis más aceptada sobre el origen de los NUMT está en relación con la teoría de la endosimbiosis,[9]​ formulada por Lynn Margulis en 1967 [10]​[11]​ y que es aceptada por la mayoría de la comunidad científica hoy en día.[4]​ Esta explica el origen de la célula eucariota como el resultado de la simbiosis entre células procariotas, las mitocondrias descenderían de las Alphaproteobacteria. De hecho, las bacterias del orden Rickettsiales poseen el genoma que se considera el más similar a la mitocondrias, de entre todos los organismos procariotas actuales.[12]​[13]​ Los NUMT tendrían su origen en fragmentos de ADN mitocondrial que se trasladaron e integraron en el núcleo, cosa que sigue ocurriendo en los seres vivos actuales.[4]​[12]​ Se hipotetizó que el mecanismo por el que se producen fuera la transcripción inversa de ARNm mitocondrial y su posterior inserción en el ADN nuclear,[14]​ pero la presencia de elementos del genoma mitocondrial, como el bucle D, que no se transcriben a ARN descartó esta hipótesis.[4]​[8]​

La inserción del ADN mitocondrial en el núcleo se lleva a cabo en varios pasos. El primero de ellos es la salida del material genético de la mitocondria, que podría deberse a la formación de autofagolisosomas o a la pérdida temporal de la integridad de sus membranas durante la división de estos orgánulos o por un daño provocado por toxinas.[4]​[8]​[12]​ Las mutaciones en el gen YME1, en Saccharomyces cerevisiae, alteran la autofagia de las mitocondrias y se produce una acumulación de ADNmt en el citosol, que acaba trasponiéndose al núcleo.[15]​ Por otra parte, al haber muchas mitocondrias por célula, excepto excepciones como en Plasmodium, donde solo hay una,[2]​ se asegura que exista un flujo constante de material genético de la mitocondria al núcleo (y viceversa, aunque se estima que esto es hasta 100 000 veces menos frecuente).[12]​[16]​ Posteriormente, la inserción propiamente dicha del fragmento ocurre en la reparación de roturas de doble cadena en el ADN nuclear por un proceso de recombinación no homóloga o de fusión de los extremos. Algunas causas posibles de la rotura de las dos cadenas son la producción de especies reactivas de oxígeno, enzimas como la girasa, fármacos antineoplásicos y radiaciones ionizantes.[12]​[4]​

A nivel filogenético, se considera que la presencia de NUMT tiene un efecto evolutivo negativo o neutro en la supervivencia;[17]​ sin embargo, también se ha hallado una correlación positiva entre la longevidad de una especie y la cantidad de NUMT en su genoma y se le achaca un efecto protector del ADN que previene la pérdida de información durante la recombinación no homóloga.[18]​ A nivel ontogénico, la aparición de novo de NUMT en células somáticas, y habitualmente dentro de los exones, podría desempeñar un papel en el envejecimiento natural y en la aparición de enfermedades como el cáncer.[4]​[18]​ Por ejemplo, en el adenocarcinoma de colon, las células tumorales presentan hasta 4,2 veces más copias de NUMT comparado con lo habitual.[15]​

Véase también editar

Referencias editar

  1. ↑ a b Lopez, JV; Yuhki, N; Masuda, R; Modi, W; O'Brien, SJ (agosto de 1994). «Numt, a recent transfer and tandem amplification of mitochondrial DNA to the nuclear genome of the domestic cat.». Journal of molecular evolution (en inglés) 39 (2): 174-90. PMID 7932781. doi:10.1007/bf00163806. Consultado el 4 de febrero de 2020. 
  2. ↑ a b c d Richly, E.; Leister, D. (12 de febrero de 2004). «NUMTs in Sequenced Eukaryotic Genomes». Molecular Biology and Evolution (en inglés) 21 (6): 1081-1084. PMID 15014143. doi:10.1093/molbev/msh110. Consultado el 4 de febrero de 2020. 
  3. ↑ Pozzi, A; Dowling, DK (1 de julio de 2019). «The Genomic Origins of Small Mitochondrial RNAs: Are They Transcribed by the Mitochondrial DNA or by Mitochondrial Pseudogenes within the Nucleus (NUMTs)?». Genome biology and evolution (en inglés) 11 (7): 1883-1896. PMC 6619488. PMID 31218347. doi:10.1093/gbe/evz132. Consultado el 4 de febrero de 2020. 
  4. ↑ a b c d e f g h Gaziev, A. I.; Shaikhaev, G. O. (27 de junio de 2010). «Nuclear mitochondrial pseudogenes». Molecular Biology (en inglés) 44 (3): 358-368. PMID 20608164. doi:10.1134/S0026893310030027. Consultado el 4 de febrero de 2020. 
  5. ↑ Tellier, Florence; Faugeron, Sylvain; Valero, Myriam (2011). «Possible role of a mitochondrial genome rearrangement in maintaining the spatial segregation of two cryptic species of the Lessonia nigrescens species complex». Cahiers de Biologie Marine (en inglés) 52: 371-383. doi:10.21411/CBM.A.6B682B31. Consultado el 4 de febrero de 2020. 
  6. ↑ Stupar, R. M.; Lilly, J. W.; Town, C. D.; Cheng, Z.; Kaul, S.; Buell, C. R.; Jiang, J. (17 de abril de 2001). «Complex mtDNA constitutes an approximate 620-kb insertion on Arabidopsis thaliana chromosome 2: Implication of potential sequencing errors caused by large-unit repeats». Proceedings of the National Academy of Sciences (en inglés) 98 (9): 5099-5103. PMC 33170. PMID 11309509. doi:10.1073/pnas.091110398. Consultado el 5 de febrero de 2020. 
  7. ↑ Henze, K (1 de julio de 2001). «How do mitochondrial genes get into the nucleus?». Trends in Genetics (en inglés) 17 (7): 383-387. PMID 11418217. doi:10.1016/s0168-9525(01)02312-5. Consultado el 5 de febrero de 2020. 
  8. ↑ a b c Woischnik, M.; Moraes, C. T. (16 de mayo de 2002). «Pattern of Organization of Human Mitochondrial Pseudogenes in the Nuclear Genome». Genome Research (en inglés) 12 (6): 885-893. PMC 1383742. PMID 12045142. doi:10.1101/gr.227202. Consultado el 4 de febrero de 2020. 
  9. ↑ Hazkani-Covo E., Zeller R.M., Martin W. (2010). «Molecular Poltergeists: Mitochondrial DNA Copies (numts) in Sequenced Nuclear Genomes.». PLOS Genetics (Revisión) 6 (2): e1000834. doi:10.1371/journal.pgen.1000834. 
  10. ↑ Gray, Michael W. (15 de mayo de 2017). «Lynn Margulis and the endosymbiont hypothesis: 50 years later». Molecular Biology of the Cell (en inglés) 28 (10): 1285-1287. PMC 5426843. PMID 28495966. doi:10.1091/mbc.E16-07-0509. Consultado el 9 de febrero de 2020. 
  11. ↑ Sagan, Lynn (marzo de 1967). «On the origin of mitosing cells». Journal of Theoretical Biology (en inglés) 14 (3): 225-274. PMID 11541392. doi:10.1016/0022-5193(67)90079-3. Consultado el 4 de febrero de 2020. 
  12. ↑ a b c d e González Halphen, Diego; Pérez Martínez, Xochitl; Funes, Soledad; Reyes Prieto, Adrián; Santillán Torres, José Luis (2003). «La migración de genes de la mitocondria al núcleo y la evolución de los genomas mitocondriales». Mensaje Bioquímico 27: 201-220. Archivado desde el original el 4 de febrero de 2020. Consultado el 4 de febrero de 2020. 
  13. ↑ Williams, K. P.; Sobral, B. W.; Dickerman, A. W. (4 de mayo de 2007). «A Robust Species Tree for the Alphaproteobacteria». Journal of Bacteriology (en inglés) 189 (13): 4578-4586. PMC 1913456. PMID 17483224. doi:10.1128/JB.00269-07. Consultado el 5 de febrero de 2020. 
  14. ↑ Nugent, Jacqueline M.; Palmer, Jeffrey D. (agosto de 1991). «RNA-mediated transfer of the gene coxII from the mitochondrion to the nucleus during flowering plant evolution». Cell (en inglés) 66 (3): 473-481. PMID 1714355. doi:10.1016/0092-8674(81)90011-8. Consultado el 5 de febrero de 2020. 
  15. ↑ a b Srinivasainagendra, Vinodh; Sandel, Michael W.; Singh, Bhupendra; Sundaresan, Aishwarya; Mooga, Ved P.; Bajpai, Prachi; Tiwari, Hemant K.; Singh, Keshav K. (29 de marzo de 2017). «Migration of mitochondrial DNA in the nuclear genome of colorectal adenocarcinoma». Genome Medicine (en inglés) 9 (1). PMC 5370490. PMID 28356157. doi:10.1186/s13073-017-0420-6. Consultado el 5 de febrero de 2020. 
  16. ↑ Thorsness, Peter E.; Fox, Thomas D. (julio de 1990). «Escape of DNA from mitochondria to the nucleus in Saccharomyces cerevisiae». Nature (en inglés) 346 (6282): 376-379. PMID 2165219. doi:10.1038/346376a0. Consultado el 5 de febrero de 2020. 
  17. ↑ Gherman, Adrian; Chen, Peter E.; Teslovich, Tanya M.; Stankiewicz, Pawel; Withers, Marjorie; Kashuk, Carl S.; Chakravarti, Aravinda; Lupski, James R.; Cutler, David J.; Katsanis, Nicholas (2007). «Population Bottlenecks as a Potential Major Shaping Force of Human Genome Architecture». PLoS Genetics (en inglés) 3 (7): 1223-1231. PMC 1925129. PMID 17658953. doi:10.1371/journal.pgen.0030119. Consultado el 5 de febrero de 2020. 
  18. ↑ a b Muradian, Khachik K.; Lehmann, Gilad; Fraifeld, Vadim E. (abril de 2010). «NUMT (“New Mighty”) Hypothesis of Longevity». Rejuvenation Research (en inglés) 13 (2-3): 152-155. PMID 20462381. doi:10.1089/rej.2009.0974. Consultado el 5 de febrero de 2020. 
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