Investigadores identifican 6.500 genes que se expresan de manera diferente en hombres y mujeres

Los genes que son principalmente activos en un sexo u otro pueden jugar un papel crucial en nuestra evolución y salud. Los hombres y las mujeres difieren por ejemplo, en la prevalencia de ciertas enfermedades.

Investigadores del Instituto Weizmann de Ciencia han descubierto recientemente miles de genes humanos que se expresan de manera diferente en los dos sexos. Sus hallazgos mostraron que las mutaciones perjudiciales en estos genes particulares tienden a acumularse en la población en frecuencias relativamente altas, y el estudio explica por qué. El mapa detallado de estos genes, publicado en BMC Biology, proporciona pruebas de que los machos y hembras experimentan una especie de evolución separada, pero interconectada.

Hace varios años, el Prof. Shmuel Pietrokovski y el Dr. Moran Gershoni del Departamento de Genética Molecular del Instituto Weizmann preguntaron por qué la prevalencia de ciertas enfermedades humanas es común. Específicamente, alrededor del 15% de las parejas que tratan de concebir se definen como infértiles, lo que sugiere que las mutaciones que afectan la fertilidad son relativamente generalizadas. Esto parece paradójico: el sentido común dice que estas mutaciones, que afectan directamente a la supervivencia de la especie mediante la reducción del número de crías, deberían haberse eliminado rápidamente por selección natural.

Pietrokovski y Gershoni demostraron que las mutaciones en los genes específicos de la formación de esperma persisten precisamente porque los genes se expresan sólo en los hombres. Una mutación que es problemática sólo para la mitad de la población, es libremente pasada a la próxima generación por la otra mitad.

En el presente estudio, los investigadores ampliaron sus análisis para incluir genes que, aunque no son necesarios para la fertilidad, todavía se expresan de manera diferente en los dos sexos. Para identificar estos genes, los científicos recurrieron al proyecto GTEx, un estudio muy amplio de la expresión génica humana registrado para numerosos órganos y tejidos en los cuerpos de cerca de 550 donantes adultos. Ese proyecto permitió, por primera vez, el mapeo integral de la estructura genética del sexo humano diferencial.

Pietrokovski y Gershoni examinaron cerca de 20.000 genes codificadores de proteínas, clasificándolos por sexo y buscando diferencias en la expresión de cada tejido. Eventualmente identificaron alrededor de 6.500 genes con actividad, que estaba sesgada hacia un sexo u otro en al menos un tejido. Por ejemplo, encontraron genes que estaban altamente expresados ??en la piel de los hombres en relación con los de la piel de las mujeres, y se dieron cuenta de que estaban relacionados con el crecimiento del vello corporal. La expresión génica para la construcción muscular fue mayor en los hombres y para el almacenamiento de grasa fue mayor en las mujeres.

Entonces, miraron las tendencias para acumular mutaciones, para ver si la selección natural pone más o menos presión sobre los genes que son específicos para hombres o mujeres. Es decir, ¿Hasta qué punto son las mutaciones nocivas eliminadas o toleradas en la población? De hecho, los investigadores encontraron que la eficiencia de la selección es más débil en muchos de estos genes. "Cuanto más un gen era específico de un sexo, menos selección vimos en el gen. Y una diferencia más: Esta selección fue aún más débil con los hombres ", dice Gershoni.

Aunque no tienen una explicación completa de esta diferencia adicional, los investigadores apuntan a una teoría de la evolución sexual propuesta por primera vez en la década de 1930: "En muchas especies, las hembras pueden producir sólo un número limitado de descendientes mientras que los machos pueden, teóricamente, Más; Por lo que la supervivencia de la especie dependerá de las hembras más viables en la población que los hombres ", explica Pietrokovski. "Así, la selección natural puede ser más" laxa "con los genes que sólo son perjudiciales para los hombres".

Aparte de los órganos sexuales, los investigadores descubrieron un buen número de genes ligados al sexo en las glándulas mamarias - no tan sorprendente, excepto que aproximadamente la mitad de estos genes se expresaron en los hombres. Debido a que los hombres tienen equipos mamarios totalmente equipados pero básicamente no funcionales, los científicos hicieron una supuesta conjetura de que algunos de estos genes podrían suprimir la lactancia.

Localizaciones menos obvias fueron los genes que se encontró que se expresan sólo en el ventrículo izquierdo del corazón en las mujeres. Uno de estos genes, que también está relacionado con la captación de calcio, mostró niveles de expresión muy altos en mujeres jóvenes que disminuyeron bruscamente con la edad; Los científicos piensan que son activos en las mujeres hasta la menopausia, protegiendo sus corazones, pero que conduce a enfermedades del corazón y la osteoporosis en los últimos años, cuando la expresión génica se desactiva.

Sin embargo, otro gen que se expresó principalmente en las mujeres fue activo en el cerebro, y aunque su función exacta es desconocida, los científicos piensan que puede proteger a las neuronas de Parkinson - una enfermedad que tiene una mayor prevalencia y comienzo más temprano en los hombres. Los investigadores también identificaron la expresión génica en el hígado en mujeres que regula el metabolismo de los fármacos, proporcionando evidencia molecular para la diferencia conocida en el procesamiento de fármacos entre mujeres y hombres.

"El genoma básico es casi el mismo en todos nosotros, pero se utiliza de forma diferente en todo el cuerpo y entre los individuos", dice Gershoni. "Por lo tanto, cuando se trata de las diferencias entre los sexos, vemos que la evolución a menudo funciona en el nivel de expresión génica". Pietrokovski añade: "Paradójicamente, genes vinculados al sexo son aquellos en los que las mutaciones perjudiciales son más propensas a ser transmitidas, incluyendo aquellas que afectan a la fertilidad.

Desde este punto de vista, hombres y mujeres experimentan diferentes presiones de selección y, al menos hasta cierto punto, la evolución humana debe ser vista como una co-evolución. Pero el estudio también enfatiza la necesidad de una mejor comprensión de las diferencias entre hombres y mujeres en los genes que causan la enfermedad o respuesta a los tratamientos".

 

Fuente: Weizmann Institute

Artículo original: Gershoni and Pietrokovski. The landscape of sex-differential transcriptome and its consequent selection in human adultsBMC Biology (2017) 15:7 DOI 10.1186/s12915-017-0352-z

Foto: Three-Dimensional Landscape of Genome. Autores: Tom Misteli, Sigal Shachar, Murali Palangat. National Cancer Institute (NCI)