Proyecto del genoma del chimpancé

El Proyecto Genoma del Chimpancé fue un esfuerzo para determinar la secuencia de ADN del genoma del chimpancé . La secuenciación comenzó en 2005 y para 2013 se habían secuenciado veinticuatro chimpancés individuales. Este proyecto se integró al Proyecto Genoma del Gran Simio . ^{[ 1 ]}

En 2013 se publicaron secuencias de alta resolución de cada una de las cuatro subespecies de chimpancés reconocidas ^{[ 2 ] [ 3 ]} : chimpancé central , Pan troglodytes troglodytes , 10 secuencias; chimpancé occidental , Pan troglodytes verus , 6 secuencias; chimpancé de Nigeria-Camerún , Pan troglodytes ellioti , 4 secuencias; y chimpancé oriental , Pan troglodytes schweinfurthii , 4 secuencias. Todas fueron secuenciadas con una cobertura media de 25 veces por individuo. ^{[ 1 ]}

La investigación mostró una considerable diversidad genómica en los chimpancés, con muchos rasgos específicos de cada población. Los chimpancés centrales conservan la mayor diversidad en el linaje de los chimpancés, mientras que las otras subespecies muestran signos de cuellos de botella poblacionales . ^{[ 4 ]}

Los cromosomas humanos y de chimpancés son muy parecidos. La principal diferencia es que los humanos tienen un par de cromosomas menos que otros grandes simios . Los humanos tienen 23 pares de cromosomas y otros grandes simios tienen 24 pares de cromosomas. En el linaje evolutivo humano, dos cromosomas ancestrales de simios se fusionaron en sus ^{telómeros, produciendo el cromosoma humano 2. [ 5 ]} Hay otras nueve ^{diferencias cromosómicas} importantes entre chimpancés y humanos: inversiones de segmentos cromosómicos en los cromosomas humanos 1 , 4 , 5 , 9 , 12 , 15, 16 , 17 y 18. Después de la finalización del Proyecto Genoma Humano , se inició un proyecto de genoma común del chimpancé . En diciembre de 2003, un análisis preliminar de 7600 genes compartidos entre los dos genomas confirmó que ciertos genes, como el factor de transcripción forkhead-box P2 , que está involucrado en el desarrollo del habla, son diferentes en el linaje humano. También se descubrió que varios genes relacionados con la audición habían cambiado durante la evolución humana, lo que sugiere una selección que involucra comportamientos relacionados con el lenguaje humano . Se estima que las diferencias entre individuos humanos y chimpancés comunes son aproximadamente 10 veces mayores que la diferencia típica entre pares de humanos. ^{[ 6 ]}

Otro estudio mostró que los patrones de metilación del ADN , que son un mecanismo de regulación conocido para la expresión génica, difieren en la corteza prefrontal de los humanos en comparación con los chimpancés, e implicó esta diferencia en la divergencia evolutiva de las dos especies. ^{[ 7 ]}

El 1 de septiembre de 2005, la revista Nature publicó un análisis de la secuencia del genoma del chimpancé en un artículo elaborado por el Consorcio de Secuenciación y Análisis del Chimpancé , un grupo de científicos financiado en parte por el Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano , uno de los Institutos Nacionales de la Salud . El artículo marcó la finalización del borrador de la secuencia del genoma. ^{[ 6 ]}

Actualmente existe una base de datos que contiene las diferencias genéticas entre los genes humanos y de chimpancés, con aproximadamente treinta y cinco millones de cambios de un solo nucleótido , cinco millones de eventos de inserción/deleción y diversas reordenaciones cromosómicas . ^{[ 10 ]} Las duplicaciones genéticas explican la mayor parte de las diferencias de secuencia entre humanos y chimpancés. Las sustituciones de un solo par de bases explican aproximadamente la mitad del cambio genético que las duplicaciones genéticas.

Los homólogos típicos de proteínas humanas y de chimpancés difieren en un promedio de solo dos aminoácidos . Aproximadamente el 30 por ciento de todas las proteínas humanas son idénticas en secuencia a la proteína correspondiente del chimpancé. Como se mencionó anteriormente, las duplicaciones génicas son una fuente importante de diferencias entre el material genético humano y el del chimpancé, y alrededor del 2,7 por ciento del genoma actual representa diferencias producidas por duplicaciones o deleciones génicas durante aproximadamente 6 millones de años ^{[ 11 ]} desde que los humanos y los chimpancés divergieron de su ancestro evolutivo común. La variación comparable dentro de las poblaciones humanas es del 0,5 por ciento. ^{[ 12 ]}

Se identificaron alrededor de 600 genes que podrían haber estado experimentando una fuerte selección positiva en los linajes humanos y de chimpancés; muchos de estos genes están involucrados en la defensa del sistema inmunitario contra enfermedades microbianas (ejemplo: la granulisina protege contra Mycobacterium tuberculosis ^{[ 13 ]} ) o son receptores específicos de microorganismos patógenos (ejemplo: la glicoforina C y Plasmodium falciparum ). Al comparar los genes humanos y de chimpancés con los genes de otros mamíferos, se ha encontrado que los genes que codifican factores de transcripción . La proteína Forkhead box P2, el llamado gen del "lenguaje" FOXP2 , resultó ser funcionalmente diferente en humanos en comparación con los chimpancés. Dado que también se encontró que FOXP2 tiene un efecto en otros genes, sus efectos en otros genes también se están estudiando. ^{[ 14 ] [ 15 ]} Si bien se ha propuesto que FOXP2 desempeña un papel fundamental en el desarrollo del habla y el lenguaje, esta visión ha sido cuestionada por el hecho de que el gen también se expresa en otros mamíferos, como los chimpancés, que no hablan. ^{[ 16 ]} También se ha propuesto que el factor de transcripción FOXP2 no es tanto un hipotético "gen del lenguaje", sino más bien parte de una maquinaria reguladora relacionada con la externalización del habla. ^{[ 17 ] [ 18 ]}

Se encontraron seis regiones cromosómicas humanas que podrían haber estado bajo una selección particularmente fuerte y coordinada durante los últimos 250 000 años. Estas regiones contienen al menos un alelo marcador que parece ser exclusivo del linaje humano, mientras que la región cromosómica completa muestra una variación genética inferior a la normal. Este patrón sugiere que uno o varios genes fuertemente seleccionados en la región cromosómica podrían haber impedido la acumulación aleatoria de cambios neutros en otros genes cercanos. Una de estas regiones en el cromosoma 7 contiene el gen FOXP2 y también incluye el gen regulador de la conductancia transmembrana de la fibrosis quística (CFTR), que es importante para el transporte de iones en tejidos como el epitelio secretor de sal de las glándulas sudoríparas. Las mutaciones humanas en el gen CFTR podrían haber sido seleccionadas como una forma de sobrevivir al cólera . ^{[ 19 ]}

Otra región similar en el cromosoma 4 podría contener elementos que regulan la expresión de un gen de protocadherina cercano, el cual podría ser importante para el desarrollo y la función cerebral . Si bien los cambios en la expresión de genes que se expresan en el cerebro tienden a ser menores que en otros órganos (como el hígado) en promedio, los cambios en la expresión génica en el cerebro han sido más drásticos en el linaje humano que en el del chimpancé. ^{[ 20 ]} Esto concuerda con la marcada divergencia del patrón único de desarrollo cerebral humano observado en el linaje humano en comparación con el patrón ancestral de los grandes simios. El grupo de genes de protocadherina beta en el cromosoma 5 también muestra evidencia de posible selección positiva. ^{[ 21 ]}

Los resultados de los análisis del genoma humano y del chimpancé deberían ayudar a comprender algunas enfermedades humanas. Los humanos parecen haber perdido un gen funcional de la caspasa 12 , que en otros primates codifica una enzima que podría proteger contra la enfermedad de Alzheimer .

Los resultados del proyecto del genoma del chimpancé sugieren que, cuando los cromosomas ancestrales 2A y 2B se fusionaron para producir el cromosoma 2 humano, no se perdió ningún gen de los extremos fusionados de 2A y 2B. En el sitio de fusión, hay aproximadamente 150 000 pares de bases de secuencia que no se encuentran en los cromosomas 2A y 2B del chimpancé. Existen copias adicionales ligadas de los genes PGML/FOXD/CBWD en otras partes del genoma humano, particularmente cerca del extremo p del cromosoma 9. Esto sugiere que una copia de estos genes pudo haberse añadido al extremo del 2A o 2B ancestral antes del evento de fusión. Aún queda por determinar si estos genes insertados confieren una ventaja selectiva.

• PGM5P4 . El pseudogén de la fosfoglucomutasa del cromosoma 2 humano. Este gen está incompleto y no produce un transcrito funcional. ^{[ 22 ]}
• FOXD4L1 . El gen tipo FOXD4L1 ( Forkhead box D4) es un ejemplo de gen sin intrones. Se desconoce la función de este gen, pero podría codificar una proteína de control de la transcripción.
• CBWD2 . La cobalamina sintetasa es una enzima bacteriana que produce vitamina B12 _. En el pasado remoto, un ancestro común de ratones y simios incorporó una copia de un gen de cobalamina sintetasa (véase: Transferencia horizontal de genes ). Los humanos son inusuales porque poseen varias copias de genes similares a la cobalamina sintetasa, incluyendo una en el cromosoma 2. Aún no se ha determinado la función de estos genes humanos similares a la cobalamina sintetasa. Si estos genes participan en el metabolismo de la vitamina B12 _, esto podría ser relevante para la evolución humana. Un cambio importante en el desarrollo humano es el mayor crecimiento cerebral posnatal en comparación con otros simios. La vitamina B12 _es importante para el desarrollo cerebral, y _su deficiencia durante este desarrollo produce graves defectos neurológicos en los niños.
• WASH2P . Se han aislado varias transcripciones de función desconocida correspondientes a esta región. Esta región también está presente en la región terminal del cromosoma 9p, estrechamente relacionada, que contiene copias de los genes PGML/FOXD/CBWD.
• RPL23AP7 . Muchos pseudogenes de la proteína ribosómica L23a están dispersos por todo el genoma humano.

El proteoma del chimpancé se describe en el artículo de Yufan Wang titulado "El Atlas del Brainnetoma del Chimpancé revela perfiles de conectividad y expresión génica distintos en relación con los humanos". ^{[ 23 ]} La proteómica del chimpancé es el estudio a gran escala de las proteínas que se encuentran en los chimpancés. ^{[ 24 ] [ 25 ]} Es un campo interdisciplinario que se ha beneficiado enormemente de la información genética de varios proyectos genómicos, incluido el Proyecto Genoma Humano . ^{[ 26 ]} La proteína Forkhead box P2 ( FOXP2 ) es una proteína que, en el cromosoma 7 en humanos, está codificada por el gen FOXP2 . Tres sustituciones de aminoácidos distinguen la proteína FOXP2 humana de la que se encuentra en ratones, mientras que dos sustituciones de aminoácidos distinguen la proteína FOXP2 humana de la que se encuentra en chimpancés, ^{[ 27 ]} pero solo uno de estos cambios es exclusivo de los humanos. ^{[ 28 ]}

• Genética evolutiva humana
• Proyecto Genoma Humano

• Suntsova, MV; Buzdin, AA (10 de septiembre de 2020). "Diferencias entre los genomas humano y del chimpancé y sus implicaciones en la expresión génica, las funciones proteicas y las propiedades bioquímicas de las dos especies" . BMC Genomics . 21 (535) 535. doi : 10.1186/s12864-020-06962-8 . PMC 7488140. PMID 32912141 .