¿QUÉ NOS HACE HUMANOS?

Árbol de la evolución de Charles Darwin

Comparación A. afarensis (Lucy) vs. Comparación A. afarensis (Lucy) vs. Homo Sapiens sapiensHomo Sapiens sapiens

Comparación Gorila vs. Homo Comparación Gorila vs. Homo Sapiens sapiensSapiens sapiens

Huellas de pisadas de

Laetoli (Tanzania)

Antigüedad aprox:

3,5 – 4 millones de años

Número de cromosomas en los grandes monos:

Humano (Homo) 4646Chimpancé (Pan) 48Gorilla (Gorilla) 48Orangután (Pogo) 48

Número de cromosomas en los grandes monos:

Humano (Homo) 4646Chimpancé (Pan) 48Gorilla (Gorilla) 48Orangután (Pogo) 48

Cambio en el número de cromosomasCambio en el número de cromosomas Si estos organismos comparten un ancestro en común, ¿hay evidencias en el genoma de este cambio?

Cambio en el número de cromosomasCambio en el número de cromosomas Si estos organismos comparten un ancestro en común, ¿hay evidencias en el genoma de este cambio?

El misterio El misterio de lade la

coincidencicoincidencia de a de

bandas…bandas…

Miremos nuestros cromosomas y los de los chimpancé en detalle.

Fijémosnos en las DIFERENCIAS:¿Qué vemos en los cromosomas

del chimpancé que es DIREFERENTE de los

cromosomas humanos?

¿Cuán diferentes son?

Izquierda: humano

Derecha: Chimpancé

1º) El #2 del chimpancé es más corto que el #2 humano.

¿Qué puede haber ocurrido para que aparezcan estas

diferencias?

2º) El chimpancé tiene un par más de cromosomas

Humano

“Parte perdida” “Cromosoma extra” en los chimpancés

Chimpancé

Quizás el cromosoma“extra” de los chimpancés

fue una vez parte de suahora pequeño cromosoma

¿Podría el pequeño cromosoma del

chimpancé aparearse a la parte de arriba de

nuestro cromosoma # 2?

Nop!¡No parece que puedan!

¡Probemos…!

¿Qué otra cosa podemos probar?

¡Demos vuelta al “extra”!

¡FUNCIONA!

ENTONCES, LA PREGUNTA ES:¿Qué ocurrió en algún momento de

nuestra historia evolutiva?

1º) ¿El cromosoma #2 de nuestro ancestro en común se dividió y quedaron dos

cromosomas en el chimpancé? o…

2º) ¿Los dos cromosomas cortos en nuestro ancestro en común se fusionaron e hicieron UNO (el

cromosoma #2) en los humanos?

En síntesis, el PROBLEMA es:

¿Cómo apareció esta diferencia?

1. Una ruptura de un cromosoma que da dos, o

Y tenemos dos HIPÓTESIS (dos posibles explicaciones)

2. Una fusión de dos cromosomas que da uno.

¿Qué elementos tenemos para decidir entre ellas?

Podemos buscar alguna evidencia de fusión en el

medio de nuestro cromosoma #2

¿Pero, qué tipo de evidencia podemos buscar?

Todos los cromosomas tienen

extremos especiales denominados

“telomeros”…

Centrómero

Telómero

Telómero

PARTES DE UN CROMOSOMA

ttagggttagggttagggttagggttagggttaggg…||||||||||||||||||||||||||||||||||||aatcccaatcccaatcccaatcccaatcccaatccc…

telómeros

Los telómeros tienen secuencias específicas...

Secuencia de DNA de los telomeros:

telómero

Centrómero

telómero

Repeticiones en tamdem en los telomeros:

ttagggttagggttaggg…||||||||||||||||||aatcccaatcccaatccc…

Identificaste las secuencias repetidas: ttaggg?

“ttaggg” está repetido entre 800-1600 veces en cada telómero

ttagggttagggttaggg…||||||||||||||||||aatcccaatcccaatccc…

Otra representación de los telómeros desenrrollados, y su típica secuencia de DNA.

Brazo más largo, abajo del centrómero, llamado “brazo q”.

Brazo más corto arriba del centrómero llamado “brazo p”.

Telómeros del “brazo p” del

cromosoma corto del chimpancé.

Brazo corto, cromosoma #2 “Extra”

Telómeros del cromosoma

“extra”

PRIMER PLANO DEL DNA DE LOS TELOMEROS

Cuando damos vuelta el cromosoma “extra”,

y tratamos de conectarlo con el cromosoma “corto”

del chimpancé, sólo encastra de una sola

forma…No encastra si se gira

el telómero 180º

FIJATE!

Cuando observamos el área donde ocurrió la fusión, podemos ver cómo la secuencia de DNA cambia, en el punto

de la fusión.

Si leemos las cadenas:

T T A G G G \ C C C T A A

A A T C C C \ G G G A T T

ESTO ES LO QUE ESTÁBAMOS BUSCANDO

Cuando buscamos en el DNA un punto de fusión entre cromosomas, nos fijamos en una de las cadenas

(la otra se predice a partir de ésta).…ttagggttagggttagggccctaaccctaaccctaa… …aatcccaatcccaatcccgggattgggattgggatt…Se observan las multiples g (y no c) en el

extremo de una de las partes fusionadas,y las múltiples c (y no g) en el comienzo de la

otra.

Esta secuencia particular es el PUNTO DE FUSION

Identifiquemos en esta secuencia el punto de fusión

ESTE ES EL PUNTO DE FUSIÓN

DÓNDE DEBERÍAMOS LOCALIZAR EL PUNTO DE

FUSIÓN?

Sip!¡Justo en la MITAD de nuestro cromosoma

#2,donde se solapan los dos

cromosomas del chimpancé!

2a

2b

¿Por qué se la denomina “2q13” a

esta región?)

DEBAJO DEL CENTROMERO, en el

“brazo q” del cromosoma,en la región conocida como

“2q13”, (en rojo).

2b

2a

“2q13”…2 = cromosoma #2

q = “brazo q”1 = región 1 de ese brazo3 = subparte 3 tal región

2b

2a

RECAPITULANDO

PROBLEMA: Cómo se explica que nuestro cromosoma #2 se parezca tanto a dos cromosomas de los chimpancés y que

tengamos 46 cromosomas en lugar de 48 como el chimp”

TEST: buscamos evidencias de fusión tales como secuencias de DNA telomérico

en la mitad de nuestro cromosoma #2.

PREDICCIÓN CUMPLIDA: la hipótesis se sostiene, encontramos esas secuencias en el

centrómero 2q13.

HIPÓTESIS: nuestro cromosoma #2 fue formado por la fusión de dos

cromosomas en un antecesor común, una vez que nos

separamos de los chimpancés.

Chimp Humano

<--Ancestro común

¿Fusión?

Número de cromosomas en los grandes monos (Familia: Hominidae):

Humano (Homo) 46Chimpancé (Pan) 48Gorilla (Gorilla) 48Orangután (Pongo) 48

Predicción:Predicción: Si el ancestro común tenía 48 cromosomas (24 pares) entonces los humanos llevan un cromosoma fusionado; oSi el ancestro común tenía 46 cromosomas (23 pares) entonces los monos llevan un cromosoma escindido.

Centrómero

Telómero

Cromosomas ancestrales

FusiónHomo sapiens

Centrómero inactivado

Secuencias teloméricas

“El cromosoma 2 es único en la evolución del linaje humano, y emergió como el resultado de una fusión ‘cabeza a cabeza’ de dos cromosomas acrocéntricos que permanecieron separados en otros primates. El punto preciso de la fusión ha sido localizado en 2q13–2q14.1, donde se confirmó la presencia de múltiples duplicaciones teloméricas. Durante la formación del cromosoma humano 2, uno de los dos centrómeros se inactivó (2q21, que corresponde al centrómero del cromosoma 13 del chimpancé) y su estructura centromérca quedó deteriorada.”

“El cromosoma 2 es único en la evolución del linaje humano, y emergió como el resultado de una fusión ‘cabeza a cabeza’ de dos cromosomas acrocéntricos que permanecieron separados en otros primates. El punto preciso de la fusión ha sido localizado en 2q13–2q14.1, donde se confirmó la presencia de múltiples duplicaciones teloméricas. Durante la formación del cromosoma humano 2, uno de los dos centrómeros se inactivó (2q21, que corresponde al centrómero del cromosoma 13 del chimpancé) y su estructura centromérca quedó deteriorada.”

Homo sapiens

Centrómero incactivo

Secuencias teloméricas

Hillier et al (2005) “Generation and Annotation of the DNA sequences of human chromosomes 2 and 4,” Nature 434: 724 – 731.

Hillier et al (2005) “Generation and Annotation of the DNA sequences of human chromosomes 2 and 4,” Nature 434: 724 – 731.

El cromosoma humano #2 muestra el punto exacto en el que ocurrió la fusión

El cromosoma humano #2 muestra el punto exacto en el que ocurrió la fusión

Cromosoma #2

1.73% de disimilitud en las secuencias nucleotídicas

98,5% de similitud en las secuencias nucleotídicas codificantes

29% del genoma humano codifica proteínas cuyas secuencias de aminoácidos son idénticas a las de sus homólogas en los

chimpancés.

97% de similitud en las secuencias nucleotídicas de las regiones no codificantes.

El mismo orden de los genes

Los humanos carecemos de un segmento de 92 pb en el gen de la N-glucolil-neuramínico hidroxilasa y, por tanto, no podemos

sintetizar la forma hidroxilada del ácido. ¿influye en interacciones celulares?

No parece relevante.

HUMANOS Y CHIMPANCÉS: ALGO DE GENÓMICA

BUQUEMOS GENES CUYAS ACTIVIDADES SE HAYAN

MODIFICADO NO PERDIDO.

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/The National Center for Biotechnology Information

GEN BANK!BLAST (BASIC LOCAL ALIGNMENT SEARCH TOOL)

Se activa en el cerebro. Puede ser necesaria para el desarrollo de la corteza cerebral. Lisencefalia (letal). Posiblemente relacionada con la producción de esperma.

Secuencia HAR1 “human accelerated sequence”, (cromosoma 20), 2006.

Hace 6 millonesde años

Ancestro comúnHumano y chimp

GalloChimpHumano

Hace 300 millonesde años

Ancestro comúnHumano, chimp y gallo

HARF1 y Reelina: el desarrollo de la corteza cerebral

Cerebro normal Cerebro sin plegamiento de la corteza (mutación en HAR1),

lisencefalia (letal)

Controla el tamaño de cerebro, órgano que se ha triplicado sobradamente a lo largo de la evolución humana.

Secuencia ASPM, “abnormal spindle-like, microcephaly-associated”, 1q31 (2002).

Secuencia FOXP2Facilita la formación de sonidos vocálicos y consonánticos, lo que permite el habla humana, 7q31 (2001).Disartria: incapacidad de articular el lenguaje.

2 aa de diferencia

Secuencia HAR2 (HACNS1)Dirige la actividad génica de la muñeca y el pulgar durante el desarrollo. Podría haber proporcionado a la mano la destreza para hacer y usar herramienta complejas. ¿Pulgar oponible? ¿Cambios en el tobillo para la bipedación?

Secuencia HAR1

Secuencia FOXP2

Secuencia ASPM

Secuencia HARD2

Ahora bien,¿Cuál o cuáles de todos estos hechos nos hizo

humanos?

“El genoma ha cambiado todo; no ha cerrado el debate ni ha ganado la batalla a favor de un lado u otro, sino que ha pulido los argumentos de ambos extremos hasta llegar al punto medio. El descubrimiento de cómo influyen realmente los genes en la conducta humana, y cómo influye la conducta humana en los genes, está a punto de dar una forma completamente nueva al debate. Ya no se trata de la naturaleza frente al ambiente, sino de la naturaleza por vía del ambiente”

Matt Ridley, Qué nos hace humanos