Y se hizo el núcleo

Una de las diferencias entre las células procariotas (bacterias y cianobacterias) y eucariotas (protistas, hongos, plantas y animales) que aparecen en los libros de texto es la de que los procariotas no poseen interrupciones en el mensaje genético del ADN. Podemos leer una gran obra literaria de principio a fin sin ningún problema, y es lo habitual en circunstancias normales. Pero imaginemos que, en medio de cada palabra, de cada frase, de cada párrafo, nos encontramos grandes secuencias de letras de nuestro abecedario, sin sentido alguno y que lo único que hacen es molestar y dificultar la lectura, convirtiendo esta en algo muy complicado.

En esta analogía, la obra literaria sería un genoma, constituido por exones codificantes, palabras con sentido, que llevan las instrucciones concretas para la síntesis (generalmente) de alguna proteína, mientras que las molestas palabras sin sentido corresponderían a lo que se denomina en términos genéticos intrones, secuencias de genoma no codificantes.

La tarea a la que se enfrenta la célula eucariota es la de eliminar de alguna manera a estos intrusos, cortarlos de algún modo, y pegar de nuevo los extremos de las secuencias de letras que quedan ya limpias, para de nuevo tener la obra literaria de fácil lectura.

Sin embargo, lo que los libros de texto que aún no están al día nos cuentan no es del todo completo. Existen una serie de intrones que sí existen en las células procariotas, incluso en un tipo de células procariotas especiales denominadas arqueas. Hay varios tipos de intrones, y los pertenecientes al grupo II (no todos iguales entre ellos) pueden encontrarse muy profusamente en bacterias, en arqueas y en la mitocondria y el cloroplasto, ambos de origen procariota según la idea original de Lynn Margulis, ampliamente aceptada actualmente.

Los datos nos dicen que estas secuencias intrónicas son muy tempranas en el desarrollo de la célula eucariota, indicando que desde el origen de este tipo de células ya existían secuencias de este tipo en los genomas, y esto plantea un problema.

El mensaje genético en forma de ADN es leído por una nueva molécula, el ARN mensajero (ARNm), que saca una especie de molde en negativo de ella. En este ARNm se haya la secuencia de ADN tal cual, con la parte codificante (exónica) y la intrusa (intrónica), de modo que la célula eucariota ha encontrado el modo, a lo largo de la evolución, de eliminar estas secuencias molestas mediante un proceso que se denomina “splicing“, el corta-pega que decíamos más arriba.

Cuando el ARNm está procesado y se han eliminado de él todas las partes sobrantes, sale de lo que hoy es el núcleo celular y, rápidamente, se acercan a él los ribosomas y comienzan a leerlo, iniciándose la síntesis se una proteína, que al final es lo que el ADN lleva en su mensaje.

El problema es que el proceso de splicing es un proceso lento, mientras que el amor que el ribosoma siente por el ARNm en cuanto lo ve es inmediato. En la célula original primitiva, una quimera de varios tipos de células primigenias diferentes según todos los indicios (una especie de fusión de arqueas y bacterias), en cuanto el ARNm aparecía, el ribosoma comenzaba su lectura, apareciendo toda una plétora de proteínas con errores o inútiles simplemente porque ese ARNm primitivo no había sido procesado a tiempo (si es que existía algo parecido al “splicing”), antes de que el ribosoma comenzara la síntesis de la proteína.

Una posible solución al problema, y esta es una de las hipótesis que existen al respecto, es proporcionar de algún modo tiempo suficiente a esa máquina de cortado y pegado antes de que el amoroso ribosoma aparezca.

En una célula primitiva de este tipo esto era bastante complicado, pero al parecer la evolución encontró una solución de perogrullo, como casi siempre: separar el lugar donde se hace el “splicing” del lugar donde se sintetizan las proteínas. De este modo, algunas membranas de las que disponían las células primitivas rodearon al ADN para separarlo de los ribosomas (y no para proteger al ADN, como siguen contando muchos libros de texto) y en dos compartimentos diferentes, comunicados por poros por los que el ARNm procesado sale, en los que ocurren los dos eventos: splicing y síntesis de proteínas.

Y así apareció el núcleo eucariota. Y, de rebote, se posibilitaba el aumento en la complejidad de los genomas, porque el “splicing” da lugar a combinaciones nuevas de genes, según dónde se corte y pegue. Pero eso es otra historia.

Más información:

• Compilation and analysis of group II intron insertions in bacterial genomes: evidence for retroelement behavior.
• Clasificación de los intrones.
• The origin of introns and their role in eukaryogenesis: a compromise solution to the introns-early versus introns-late debate?.
• Introns and the origin of nucleus–cytosol compartmentalization.

(Esta historia tan fascinante me la ha sugerido el libro de Nick Lane “Los diez grandes inventos de la evolución“).

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