Organizarea 3D a genomului ar putea explica evoluția creierului complex la cefalopode
O nouă cercetare sugerează că originea sistemului nervos complex al cefalopodelor nu ține doar de genele în sine, ci și de modul în care genomul este organizat în spațiul tridimensional al celulei. Potrivit unui studiu realizat de cercetători de la Universitatea din Viena, reorganizarea extinsă a genomului, petrecută acum sute de milioane de ani, a schimbat felul în care ADN-ul este aranjat în interiorul celulei, aducând în contact regiuni ale ADN-ului care se aflau anterior la distanță.
Cefalopodele coleoide — care includ octopozi, calamarul și sepiile — au evoluat sisteme nervoase deosebit de mari și de complexe, capabile de comportamente precum rezolvarea de probleme și camuflajul rapid. Cercetătorii au studiat structura 3D a genomului la aceste specii, combinând datele despre structura ADN-ului cu informații despre activitatea genelor.
„Genomul nu este doar o secvență de gene. El este pliat într-o structură tridimensională complexă”, a declarat dr. Thea Rogers, autoarea principală a studiului. „Înțelegerea modului în care această structură evoluează devine din ce în ce mai importantă pentru a înțelege cum apar noi forme de complexitate biologică.”
Acum sute de milioane de ani, un val amplu de reorganizare genomică a rearanjat dramatic genomul cefalopodelor și a adus în proximitate regiuni cromozomiale anterior îndepărtate. Cercetătorii au descoperit că, atunci când regiunile de ADN ajung în contact, ele pot începe să interacționeze și să se influențeze reciproc, iar în timp aceste interacțiuni se pot fixa, formând rețele de reglare din ce în ce mai interconectate.
Acest proces, descris de cercetători drept „încâlcire reglatoare” (regulatory entanglement), ar putea permite genomurilor să genereze noi tipare de expresie genică menținând în același timp funcțiile esențiale. Studiul a arătat că nu toate aspectele structurii genomului răspund la fel la reorganizarea genomică. Unitățile structurale mari ale genomului, cunoscute sub numele de domenii de cromatină, au rămas în mare parte stabile de-a lungul timpului evolutiv.
În schimb, conexiunile la scară fină, numite bucle de cromatină, s-au dovedit mult mai dinamice. Aceste bucle aduc în contact regiuni îndepărtate ale ADN-ului și au variat considerabil între specii, țesuturi și stadii de dezvoltare. Ele au fost adesea identificate în apropierea genelor implicate în trăsături-cheie ale cefalopodelor, inclusiv cele legate de sistemul nervos.
Ansamblul acestor descoperiri contrazice ideea că arhitectura genomului este doar o consecință pasivă a evoluției. În schimb, ele sugerează că organizarea 3D a ADN-ului modelează activ desfășurarea evoluției, iar la cefalopode acest lucru ar fi putut juca un rol esențial în apariția sistemelor lor nervoase neobișnuit de complexe.
