La impronta genómica (genomic imprinting), es decir, la no equivalencia de los genomas materno y paterno, es un proceso crítico que ha evolucionado de forma independiente en muchas especies de plantas y mamíferos. De acuerdo con la teoría del parentesco, la impronta es la consecuencia inevitable de fuerzas selectivas conflictivas que actúan sobre alelos parentales expresados diferencialmente. Sin embargo, la forma en que estas diferencias epigenéticas evolucionan en primer lugar es poco conocida. Pinelopi Pliota y colegas del Institute of Molecular Biotechnology, Austrian Academy of Sciences (IMBA), Vienna BioCenter (VBC), de Vienna, en Austria, mostraron la identificación y disección molecular de un efecto de los progenitores de origen sobre la expresión génica que podría ayudar a aclarar esta cuestión fundamental. Los elementos antídoto de toxinas (AT) son elementos egoístas que se propagan en las poblaciones mediante el envenenamiento de individuos no portadores. En cruzamientos recíprocos entre dos aislados silvestres de Caenorhabditis tropicalis, encontraron que el TA lento-1/crecimiento-1 es específicamente inactivo cuando se hereda por vía paterna. Este efecto de progenitor de origen se deriva de la represión transcripcional de la toxina slow-1 por la vía de defensa del huésped del ARN que interactúa con PIWI (piRNA). La represión requiere actividades de PIWI Argonaute y SET-32 histona metiltransferasa y se hereda transgeneracionalmente a través de pequeños ARN. Sorprendentemente, cuando slow-1/grow-1 se hereda maternamente, la represión slow-1 se detiene por un papel independiente de la traducción de su ARNm materno. Es decir, los transcritos lento-1 cargados en los huevos, pero no la proteína SLOW-1, son necesarios y suficientes para contrarrestar la represión mediada por piRNA. Estos hallazgos muestran que los efectos parentales de origen pueden evolucionar por cooptación de la vía del piRNA y dificultar la propagación de genes egoístas que requieren sexo para su propagación.
Los organismos diploides llevan dos copias de cada gen: una heredada de su madre y la otra de su padre. Normalmente, estas copias son funcionalmente intercambiables. Los genes impresos son la excepción a esta regla. Mantienen una memoria epigenética de su procedencia gamética, lo que hace que los genomas maternos y paternos no sean equivalentes, lo que tiene un gran efecto sobre el desarrollo embrionario, la hibridación de especies y las enfermedades humanas. Se han propuesto múltiples teorías para explicar la evolución de la impronta. La teoría más aceptada, el conflicto de parentesco, afirma que la impronta surge cuando existen intereses contradictorios entre los genomas materno y paterno debido a la inversión diferencial en su descendencia. Cabe destacar que esta teoría presupone la existencia de mecanismos que establecen diferencias en la expresión de alelos maternos y paternos, de lo contrario, no habría nada que seleccionar. Esto plantea la cuestión crítica de cómo evolucionan los efectos de los padres de origen en la expresión génica en primer lugar.
El descubrimiento de los primeros loci impresos en mamíferos llevó a la hipótesis de que la impronta evolucionó a partir de mecanismos de defensa del huésped que utilizan la metilación del ADN para mantener a raya a los virus y genes parásitos. Esto está en línea con la proximidad de muchos loci impresos a elementos transponibles en plantas y la metilación del ADN inducida por piRNA de un retrotransposón que es crítica para la impronta paterna de Rasgrf1 de ratón. Sin embargo, los orígenes evolutivos de la impronta siguen siendo poco conocidos a nivel molecular. Más recientemente, se ha informado que las modificaciones de histonas, como H3K27me3, actúan como marcas de impronta independientemente de la metilación del ADN en ratones. Estas observaciones han planteado la posibilidad de que también se pueda encontrar un vínculo entre la expresión génica dependiente de los padres de origen y los mecanismos de defensa del huésped en organismos que carecen de metilación del ADN pero que son ricos en pequeños ARN reguladores, como Caenorhabditis elegans y nematodos relacionados.
Pliota, P., Marvanova, H., Koreshova, A. et al. Selfish conflict underlies RNA-mediated parent-of-origin effects. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07155-z.
