La familia del gen de la globina B

El genoma humano consta de aproximadamente 3.000 millones de pares de bases. Hasta hace poco, los científicos habían predicho que esta gran cantidad de ADN codificaría casi 100.000 genes diferentes; sin embargo, ahora que la secuenciación de todo el genoma humano está casi completa, esa cifra se ha reducido a sólo 30.000 genes. De hecho, un análisis detallado del genoma ha demostrado que más del 90 por ciento del genoma consiste en ADN no funcional.

Del ADN funcional restante, entre el 25 y el 50 por ciento de los genes que codifican proteínas se encuentran sólo una vez en el genoma haploide y se conocen como genes solitarios. Con frecuencia, el ADN que rodea a un determinado gen contiene secuencias que son copias cercanas, pero no idénticas, del gen. Se cree que estas copias múltiples son el resultado de la duplicación y la divergencia. Este es el proceso por el cual un único gen se duplica primero y luego sufre una presión selectiva para mutar en un gen que es similar, pero no idéntico, en secuencia a su gen ancestral. Un ejemplo de este proceso es el desarrollo de la familia de genes de la beta-globina. Tras secuenciar los genes de la familia de la globina de diferentes especies, se desarrolló un árbol evolutivo que predice el desarrollo de la familia de genes de la globina. A continuación se muestra un árbol propuesto que ilustra la divergencia de los genes desde la leghemoglobina en las plantas hasta la hemoglobina y la mioglobina en los animales. En cada punto de la rama el gen se ha duplicado y luego ha mutado en un gen nuevo, pero similar. Por ejemplo, en algún momento de la historia el gen ancestral común sufrió primero una duplicación. Las dos copias resultantes mutaron de forma diferente; una formando la hemoglobina de las piernas y otra formando la hemoglobina de los insectos.

Figura 1: Diagrama del árbol genealógico de la globina (Lodish et.al.,2000)

Un conjunto de genes duplicados que codifican proteínas con secuencias de aminoácidos similares pero no idénticas se conoce como familia de genes (Lodish et.al., 2000). Se han identificado numerosas familias de genes diferentes con diversas funciones. Por ejemplo, la formación de una molécula de hemoglobina funcional requiere el uso de productos de dos de estas familias de genes mediante la combinación de dos polipéptidos de la familia b-globina con dos polipéptidos de la familia a-globina y cuatro pequeños grupos hemo. La familia de genes de la beta-globina localizada en el cromosoma 11 se muestra en la siguiente figura y consta de cinco genes funcionales (recuadros azules) y dos pseudogenes (líneas diagonales).

Figura 2: La familia de genes de la beta-globina en el cromosoma 11 (Lodish et.al., 2000)

Todas las hemoglobinas codificadas por estos diferentes genes funcionan para transportar oxígeno en la sangre; sin embargo, cada gen presenta variaciones específicas en su función. Por ejemplo, el gen de la globina épsilon se expresa normalmente en el saco vitelino embrionario, mientras que los genes Ag y Gg sólo se expresan durante el desarrollo fetal. Estas proteínas de hemoglobina tienen una mayor afinidad de unión al oxígeno que las hemoglobinas adultas codificadas por los genes b y d. Esta mayor unión permite al feto extraer con éxito el oxígeno de la sangre sin competir con la madre. La hemoglobina adulta tiene una menor afinidad por el oxígeno, lo que permite una mejor liberación de oxígeno a los tejidos, especialmente a los músculos.

Dos regiones de la familia de genes de la globina contienen secuencias no funcionales conocidas como pseudogenes (recuadros rayados en diagonal). Estos genes son similares a sus homólogos funcionales del gen de la globina, pero ya no se transcriben en ARNm debido a los cambios en la secuencia que se han producido durante el curso de su evolución.

Incluso un ligero cambio en uno de los genes que codifican una subunidad de la molécula de hemoglobina puede tener resultados desastrosos. Este laboratorio se centrará en dos enfermedades que resultan de diferentes mutaciones en el gen de la beta-globina.