dimecres, 5 de juny de 2013

La seqüenciació genòmica d'en Floquet de Neu

Nfumu Ngui (v.1964-2003) és l'únic goril·la albí del qual tenim notícia. Benito Mañé l'1 d'octubre del 1966 el va descobrir prop de Rio Campo (Río Muni, Guinea Equatorial) i va matar tot el grup familiar per fer-se amb la cria, llavors de dos anys. Quatre dies més tard el naturalista Jordi Sabater Pi el va comprar a Bata, que el trameté a Barcelona on passà la resta de la vida en el Parc Zoològic d'aquesta ciutat. Debades, hom ha encreuat descendents d'en Floquet de Neu per tal d'aconseguir un nét, besnét o rebesnét albí. Sense èxit. Avui sabem una mica millor per què, ja que s'ha publicat un article a BMC Genomics que, amb dades de seqüenciació genòmica global, descobreix la base molecular: una variant mononucleotídica en la regió transmembrana de SLC45A2, de la qual en deriva una proteïna que no s'ancora correctament en la membrana cel·lular. Aquesta mutació explica l'albinisme oculocutani d'en Floquet de Neu. El fet que en Floquet de Neu fos probablement fill d'un encreuament d'oncle/neboda explicaria que fos homozigot per a aquesta mutació.

Un cas d'albinisme oculocutani

En vida de Floquet de Neu, un goril·la de costa (Gorilla gorilla gorilla), hauria estat impracticable fer una anàlisi genòmica sencera individual. I, fins i tot feta, hom hauria dubtat de la rellevància d'aprofitar la seqüència completa per escatir la mutació responsable de l'albinisme. Els estudis fets llavors, en els quals participaren alguns dels investigadors que ara signen l'article de Prado-Martinez et al., cercaren sense èxit mutacions entre els gens que, en humans, produeixen habitualment albinisme. Això resultava estrany, de fet. En Floquet de Neu tenia totes les característiques de l'albinisme oculocutani: pèl blanc, pell rosada, ulls blaus, agudesa visual reduïda i fotofòbia. La major susceptibilitat a la llum solar li comportà un carcinoma de cèl·lula escamosa, davant l'agreujament del qual es decidí d'eutanasiar-lo.

L'albinisme oculocutani no-sindròmic s'ha descrit en diferents espècies, i consisteix en una alteració congènita del metabolisme d'herència mendeliana, produïda per una mutació recessiva.

En humans, l'albinisme oculocutani és un tret ben conegut. Se sap que hi ha quatre gens que, mutats, poden conduir a aquest tret:
- OCA1A/B, el gen del tirosinasa (Tyr) que codifica per una via enzimàtica directament implicada en la síntesi de melanina. En humans aquest gen es troba en el cromosoma 11.
- OCA2. En humans es troba en el cromosoma 16. Codifica per la proteïna P, implicada en el manteniment de les poblacions cutànies de melanòcits.
- OCA3 o TYRP1. Es troba en el cromosoma 9.
- OCA4, també conegut com a SCL45A2, MATP o AIMI. Es troba en el cromosoma 5. La proteïna SLC45A2 també sembla necessària per la formació i/o manteniment de melanòcits.

La seqüenciació del genoma d'en Floquet de Neu

El coneixement de l'ecologia, demografia i comportament del goril·la de muntanya (Gorilla beringei beringei) és molt més avançat que no pas el del goril·la de costa (Gorilla gorilla gorilla). No ha estat més que en les darreres dècades que la comunitat científica els ha considerat clarament com dues espècies diferenciades. No és estrany que també pel que fa a la genètica i a la genòmica el goril·la de costa sigui menys conegut. Part dels estudis es fan sobre poblacions salvatges, de manera no-invasiva, a través de l'anàlisi d'ADN de mostres de pèl i de femta. Ara com ara, però, aquesta mena de mostres no és suficient per fer anàlisis genòmiques, ja que l'ADN que s'obté no és de la qualitat requerida. Hom ha seqüenciat el genoma de dos goril·les de costa nascuts en captivitat, Kamilah i Kwan. En Floquet de Neu és el primer individu nascut en el medi d'aquesta espècie del qual s'ha fet un estudi genòmic complet.

Els autors han emprat una plataforma de seqüenciació de nova generació, la Illumina GAIIx, a través del qual hom obté una cobertura efectiva del genoma de 18,7 vegades.

El genoma de Floquet de Neu: la recerca de la mutació

Com a genoma de referència s'ha emprat el genoma humà NCBI-37. En relació amb aquest genoma, el de Floquet de Neu presenta 73.307 mutacions en homozigosi. Considerant únicament els gens relacionats en humans amb l'albinisme oculocutani, el nombre de candidats es redueix a 20. Si comparem aquestes "mutacions" amb els genomes de Kamilah i Kwan, resulta que 19 no són més que diferències normals entre humans i goril·les, ja que són compartides pels tres genomes goril·lins. La mutació restant, en canvi, no és compartida ni per Kamilah ni Kwan.

La mutació SLC45A2 pGly518Arg

Aquesta mutació es troba en el gen OCA4 o SLC45A2. Consisteix en un canvi en la posició hg19:chr5_33944794, en el darrer exó del gen. En aquesta posició, tant en el genomà humà de referència com en els genomes de Kamilah i de Kwan trobem una citosina (C) mentre que en Floquet de Neu hi ha una guanina (G). Aquest canvi afecta a la traducció del gen a proteïna, de manera que en la posició 518 de la proteïna, per comptes d'una glicina apareix una arginina (Gly518->Arg). Per les característiques de la seqüència, la posició 518 de la proteïna Slc45a2 es troba en una regió transmembrana, és a dir en una part de la proteïna que es troba dins de la regió hidròfoba (o lipòfoba) de la membrana cel·lular. La glicina és un aminoàcid relativament apolar i, per tant, compatible en aquest context bioquímic. L'arginina, en canvi, és un aminoàcid carregat elèctricament, lipòfob i hidròfil. És de pensar que la mutació produeix una alteració estructural en la proteïna Slc45a2 que la fa no-funcional, interferint en la seva funció de senyalització, que sembla essencial per al llinatge cel·lular dels melanòcits. I, sense melanòcits, no hi ha pigmentació ni en el pèl ni en la pell ni en l'iris.

La rellevància d'aquesta glicina de l'SLC45A2 és ben clara. En tots els genomes de vertebrats seqüenciats, és present aquesta glicina. Les modelitzacions bioinformàtiques refermen la rellevància estructural d'aquesta mutació. A més, mutacions en la mateixa posició són responsables d'albinisme en ratolí, en el cavall, en el pollastre i en el peix medaka. En humans, no s'ha descrit cap cas d'albinisme associat a aquesta posició, però sí s'han descrit altres mutacions Gly->Arg en altres regions transmembrana del gen SLC45A2.

A través de seqüenciació capil·lar, els autors tornaren a seqüenciar aquesta regió del genoma, confirmant que Floquet de Neu era homozigot per a aquesta mutació, és a dir que era present tan en el cromosoma heretat per via paterna com en el cromosoma heretat per via materna. Els autors també seqüenciaren pel mateix mètode cinc fills de Floquet de Neu. Tots ells són portadors de la mutació, però en heterozigosi, és a dir únicament en un dels dos cromosomes implicats. Això era d'esperar. Els portadors heterozigots de la mutació no manifesten cap signe de problemes de pigmentació.

És clar que podria ser que Floquet de Neu posseís altres mutacions en aquests gens implicats en la pigmentació. Si fos el cas, això explicaria perquè després en la seva descendència hom no ha tingut, si més no de moment, de nou un goril·la albí. En el genoma de Floquet de Neu, efectivament, hom ha trobat un total de 1.390 delecions, que afecten 9,5 milions de parells de nucleòtids. Aquestes deleccions afectarien potser 660 tipus diferents de proteïnes. Però, pel que se sap, cap d'aquestes 660 proteïnes tenen un associació directa amb l'albinisme.

Una anàlisi funcional de la mutació

Els autors analitzen l'impacte de la mutació a través d'un assaig funcional basat en la peptidasa de la membrana interior d'Escherichia coli. Aquest model permet estudiar l'energia lliure aparent associada a la integració de la proteïna en membranes de reticle endoplasmàtic. La proteïna SLC45A2 salvatge s'integra en el 90% dels casos, mentre que la proteïna SLC45A2 mutada (la de Floquet de Neu) veu reduïda en un 25% la capacitat d'integració.

L'homozigositat de Floquet de Neu

Floquet de Neu era homozigot pel gen SLC45A2. De fet, el gen SLC45A2 de Floquet de Neu es trobava en un bloc de 40 milions de parells de nucleòtids íntegrament homozigot. Aquests blocs d'homozigosi també hom els troba sovint en persones amb malalties monogèniques recessives. En Floquet de Neu posseïa també uns altres 25 blocs d'homozigosi superiors als 2 milions de parells nucleòtids. El bloc d'homozigositat més gran afecta 68 milions de parells de nucleòtids del cromosoma 4. Els altres gens implicats en l'albinisme (OCA1, OCA2 i OCA3) es troben en regions heterozigòtiques per a Floquet de Neu.

En total, el grau d'homozigositat del genoma de Floquet de Neu és superior al dels altres dos genomes de goril·les de costa ja esmentats. De fet ni Kamilah ni Kwan mostren ni una sola regió d'homozigosi superior a 2 milions de parells de nucleòtids.

Hom pot estimar el grau de consanguinitat que conduí a aquests nivells d'homozigositat en Floquet de Neu. Per exemple, si dels 2.587 milions de parells de nucleòtids de tot el genoma, són homozigots 306 milions de parells de nucleòtids, se'n deriva un índex FROH de 0,118. Per contrasta, el genoma de Kamilah té un índex de 0,002 i Kwan un d'inferior a 0,001. Un aparellament entre avi/nét o entre mig germans, o entre oncle/nebot genera un índex de consanguinitat de 0,125 (assumint que no hi hagi consanguinitats addicionals). A través d'una simulació, els autors assagen diverses possibilitats, i s'inclinen pel fet que els pares de Floquet de Neu podien tindre una relació d'oncle/neboda o de tia/nebot. També hi ha la possibilitat d'un parentiu menys estret en grau, però reforçat per un historial previ de consanguinitat.

Com d'habitual és la consanguinitat entre els goril·les?

Els goril·les, per termes generals, viuen en grups patriarcals formats per un mascle de certa edat (esquena platejada) i diverses femelles, juntament amb la descendència infantil. Aquesta és la situació del 97% de tots els grups de goril·les estudiats. La descendència es dispersa normalment a d'altres grups abans d'assolir la maduresa sexual. Existeixen, però, grups amb diversos mascles, i en aquests grups no és estrany que les femelles restin en el grup natal i fins i tot esdevindre-hi mares. Els mascles adults que comparteixen un mateix grup tendeixen a ésser parents, i també parents de les femelles nascudes en el grup, amb el consegüent risc de consanguinitat.

Ara bé, aquests grups amb diversos mascles són ben minoritaris. Tan sols s'han descrit dos d'aquests grups en el goril·la de costa. Per això els autors tendeixen a descartar que Floquet de Neu nasqués en un d'aquests grups.

D'altra banda, els estudis de parentiu que s'han fet entre poblacions salvatges de goril·la de costa no han trobat cap aparellament consanguini.

Pot donar-se, però, consanguinitat entre la immensa majoria de goril·les que viuen en grups monopatriarcals? La majoria d'aquests grups són patrilocals. És a dir, que les joves femelles tendeixen a integrar-se a grups més allunyat del grup natal que no fa els joves mascles. Els mascles d'esquena platejada tendeixen a ésser parents dels mascles d'esquena platejada de grups veïns. Aquest mecanisme social impedeix completament l'aparellament entre pare i filla. Però, com que les femelles adultes poden canviar de grup diverses vegades durant la vida, no sembla tan impossible l'aparellament amb germans (germans de pare, o germans de pare i mare).