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¿Qué son las regiones aceleradas humanas?

Las regiones aceleradas humanas o Human Accelerated Regions en inglés (HARs) son un conjunto de segmentos del genoma humano que, a pesar de ser compartidos con otros vertebrados, se observan de forma notablemente diferente en nuestra especie.

¿Qué nos diferencia de un chimpancé? Los comportamientos, expresiones cognitivas y capacidad de generar lenguajes y civilizaciones son un reflejo del desarrollo neurológico del ser humano en dos niveles diferentes: uno genético y otro cultural. Así pues, para desentrañar los secretos de estas características que nos hacen tan diferentes al resto de especies animales, es necesario acudir a nuestra historia evolutiva y al mapeado genético.

Las regiones aceleradas humanas o HARs tratan de dar respuesta a esta impresionante pregunta, pues la variación en los locus (posiciones fijas de un cromosoma) entre especies similares, como pueden ser los humanos y los chimpancés, podrían ser en parte la respuesta al motor evolutivo que nos ha llevado a una posición “dominante” como especie en la Tierra.

Regiones aceleradas humanas: la clave del comportamiento

La genómica comparativa se encarga de estudiar las semejanzas y diferencias entre el conjunto de genes en los cromosomas de los organismos del planeta.

Esta disciplina científica trata de descubrir qué características han sido fijadas por la selección natural a lo largo del tiempo, para así entender las distintas presiones evolutivas a las que se han sometido los seres vivos a lo largo de sus generaciones.

Para comprender estos mecanismos subyacentes que empujan a los seres vivos a variar a lo largo del tiempo, es necesario aclarar que existe un fenómeno de “purificación genética” en el mundo natural.

¿Qué sucede cuando nos desviamos de la selección natural?

Es necesario acotar que la selección negativa es un mecanismo evolutivo mediante el cual los alelos deletéreos (cada una de las dos o más versiones de un gen) para una especie son eliminados a lo largo del tiempo, “purificando” el pool genético de la población.

Por ejemplo, un animal que presente una mutación no beneficiosa para la comunidad en la que habita tendrá menos descendientes o morirá más rápido (mecanismos de genética de poblaciones), lo que eliminará ese alelo perjudicial a lo largo de las generaciones. Si un pájaro nace sin un ojo debido a una mutación, es de esperar que este se reproduzca menos o sea cazado más rápido que el resto, ¿verdad?

Pero... ¿qué pasa con los seres humanos? que nos hemos desecho de este mecanismo de selección negativa, pues en un mundo desde un punto de vista occidental, la tasa de supervivencia del individuo no se ve influida por sus impedimentos mutacionales, siempre que la medicina se lo permita (enfermedades autoinmunes o falta de alguna extremidad, por ejemplo). Esto, entre otros muchísimos factores producto de una sociedad puramente antrópica, podría derivar en tres mecanismos:

  • Acumulación de mutaciones neutrales en secuencias de genes que han perdido su función esencial.
  • Conversión de genes sesgada al no responder a una evolución adaptativa.
  • Cambio de una influencia de la selección negativa por un mecanismo de selección positiva.

Nos movemos en terrenos farragosos que incluyen terminologías genéticas muy complejas, pero una idea ha de quedar clara: las regiones aceleradas humanas sufren tasas de mutación relativamente rápidas en comparación al resto del genoma, y debido a una falta de presión selectiva y respuestas adaptativas, estas zonas son muy divergentes en comparación a otros homínidos.

Codificante y concluyente, ¿o no?

En este punto, es esencial recalcar que el 99 % del ADN humano no es codificante, es decir, que no presenta información para la producción de proteínas, y por lo tanto no actúa de forma directa sobre el metabolismo del individuo.

A pesar de que en un principio se pensaba que estos segmentos de ADN eran “basura”, cada vez es más vigente que juegan papeles esenciales en la regulación de la activación de genes esenciales de diversas formas, pues se ha demostrado que ciertas regiones pueden promover la activación o la represión de la transcripción de ciertas proteínas.

Este es uno de los grandes problemas de las regiones aceleradas humanas, pues el 92 % de ellas se encuentran en regiones no codificantes. Por ello, la mayoría de estos elementos genéticos están en áreas del genoma no caracterizadas y su conservación evolutiva no tiene por qué predecir una función específica diferencial en los seres humanos.

Aún así, esto no significa que estas áreas altamente mutadas no respondan a características humanas. Muchas de ellas están presentes en regiones “intergénicas”, es decir, secuencias reguladoras que podrían modular la expresión o supresión de ciertos genes sí codificantes. Desde luego, estas ideas deben ser estudiadas en más profundidad para llegar a conclusiones fehacientes.

Un ejemplo práctico

Para entender todo este conglomerado mutágeno y evolutivo, lo mejor es que acudamos a un ejemplo. Tenemos ante nosotros a la región HAR1, una secuencia de ADN compuesta por 118 nucleótidos; comúnmente denominados bases, por la base nitrogenada que contiene cada uno de ellos, adenina, citosina, timina y guanina. Veamos algunas realidades reveladoras acerca de este segmento:

  • Cuando comparamos la región HAR1 entre humanos y chimpancés vemos que hay 18 bases diferentes.
  • Si se compara la misma región entre un pollo y un chimpancé, sólo encontramos una diferencia de dos bases.
  • El linaje de los chimpancés divergió de los humanos hace 6 millones de años, mientras que los pollos se separaron de ellos hace 300 millones de años.
  • Esta secuencia no se encuentra presente en peces y ranas.

Algo tienen que significar estos datos, ¿verdad? Sino, ¿qué sentido tiene que se presente una mayor variación entre dos linajes que se han diferenciado hace relativamente poco? Este hecho hace sospechar que este rápido ritmo de mutación puede estar correlacionado con algunas características que nos hacen definirnos a nosotros mismos como “humanos”.

Para poner las cosas más interesantes, otros estudios han demostrado que las cinco regiones aceleradas humanas de mutación más rápida presentan 26 veces más sustituciones (mutaciones) que las análogas en chimpancés.

Pero, ¿existen diferencias entre los HARs en la historia evolutiva humana? Según otras fuentes, las diferencias en estas regiones entre homininos arcaicos (neandertales) y humanos modernos es de alrededor de un 8 %, lo que ejemplifica que esta divergencia evolutiva que nos caracteriza debió acelerarse hace unos 500.000 años, y podría haber sido determinante para la caracterización del género Homo. Desde luego, las variaciones en el genoma humano a lo largo de nuestra historia evolutiva pueden encerrar gran parte de la respuesta a nuestras características como especie.

HARs y desórdenes mentales

Más sorprendente aún, si cabe, es conocer que estudios han observado que ciertos genes mutados se encuentran en las proximidades de estas regiones aceleradas en pacientes con alteraciones mentales como la esquizofrenia, y por lo tanto se postula que podrían estar influenciados por ellas.

Más allá de esto, otras investigaciones han documentado que diversas variaciones genéticas en pacientes con autismo se encuentran en regiones aceleradas. Esto podría traducirse en una modulación concreta a la hora de la producción de proteínas que interactúan con el cerebro, lo que condicionaría un funcionamiento “normal” en la conducta del individuo.

Conclusiones

Como hemos podido ver, las regiones aceleradas humanas son segmentos de ADN que podrían jugar un papel esencial en el desarrollo de los seres humanos, es decir, aquellas características tan especiales que nos definen como especie.

Además, estudios han revelado que podrían modular la expresión de ciertos genes, lo que condicionaría el metabolismo del individuo y por lo tanto su conducta, sobre todo en trastornos tales como la esquizofrenia o el autismo.

Por mucho que las investigaciones hayan asentado unas bases prometedoras, es esencial subrayar que en ningún momento hemos dejado de movernos en marcos teóricos y experimentales. Nada de lo aquí expuesto ha de ser interpretado como un dogma o una realidad absoluta, pues aún se requiere de un extenso periodo de investigación para comprender la singularidad de estos segmentos genéticos.

Referencias bibliográficas:

  • Alelo, National Genome Human Research Institute. Recogido a 31 de agosto en https://www.genome.gov/es/genetics-glossary/Alelo
  • Capra, J. A., Erwin, G. D., McKinsey, G., Rubenstein, J. L., & Pollard, K. S. (2013). Many human accelerated regions are developmental enhancers. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 368(1632), 20130025.
  • Doan, R. N., Bae, B. I., Cubelos, B., Chang, C., Hossain, A. A., Al-Saad, S., ... & Gascon, G. G. (2016). Mutations in human accelerated regions disrupt cognition and social behavior. Cell, 167(2), 341-354.
  • Hubisz, M. J., & Pollard, K. S. (2014). Exploring the genesis and functions of Human Accelerated Regions sheds light on their role in human evolution. Current opinion in genetics & development, 29, 15-21.
  • Katzman, S., Kern, A. D., Pollard, K. S., Salama, S. R., & Haussler, D. (2010). GC-biased evolution near human accelerated regions. PLoS Genet, 6(5), e1000960.
  • Levchenko, A., Kanapin, A., Samsonova, A., & Gainetdinov, R. R. (2018). Human accelerated regions and other human-specific sequence variations in the context of evolution and their relevance for brain development. Genome biology and evolution, 10(1), 166-188.
  • What is non-coding DNA. Genetics Home Reference. Recogido a 31 de agosto en https://ghr.nlm.nih.gov/primer/basics/noncodingdna