¿Sabías que hay fragmentos, trozos de ADN, que pueden cambiar de posición en un genoma? Son secuencias que pueden saltar. Son los elementos genéticos móviles, los también llamados transposones.  ¿Qué sabemos de los transposones? ¿Cuál es su origen? ¿Cuántos tipos hay? ¿Cómo funcionan, cómo son capaces de saltar entre posiciones distintas del genoma? ¿Cuál es la relevancia de estos saltos? La respuesta a estas preguntas está incluida en mi nuevo vídeo de divulgación científica de la serie BIOTENTE, en mi canal de YouTube, en el que explico «Transposones. Los fragmentos de ADN saltarines del genoma«. En este vídeo número 16 he vuelto a usar las piezas del juego de construcción TENTE para explicar, brevemente y de forma sencilla, qué son y cómo funcionan los transposones. El nuevo vídeo, dura unos 15 minutos, que bastan para explicar con sencillez , y al alcance de todo el mundo, la existencia de estos genes saltarines que tenemos en nuestro genoma, y en el genoma de la mayoría de seres vivos y virus.

En nuestro genoma, y en el genoma de la mayoría de organismos vivos y virus existen unos fragmentos de ADN que son capaces de «saltar» a otras posiciones del genoma. Estos elementos móviles son los llamados transposones, y los hay de diferentes tipos. Su existencia fue anticipada por la genetista norteamericana Barbara McClintock, investigando los cromosomas del maíz en los años 40 del siglo pasado. Se percató que la diversidad de pigmentación que tenían las semillas, los granos de maíz, en algunas mazorcas no podía explicarse mediante los elementos genéticos clásicos y propuso la existencia de unos nuevos elementos que tenían la capacidad de trasladarse entre diferentes zonas del genoma, en diferentes localizaciones de los cromosomas. Estos resultados los publicó en 1950 en la revista PNAS, pero la comunidad científica los ignoró y no le hicieron apenas caso durante bastantes años. Ella misma dejó de trabajar en ese tema. En los años 60, 70, 80 y siguientes sin embargo se constató, por parte de diversos investigadores, la existencia de transposones en el ADN de virus, bacterias, levaduras, protozoos, plantas y animales, confirmándose la explicación de McClintock, quien finalmente vio reconocidas sus observaciones pioneras con el Premio Nobel de Fisiología y Medicina que le fue otorgado en 1983, por «descubrir los elementos genéticos móviles», casi 40 años después de haber realizado sus descubrimientos. Sigue siendo la única investigadora que ha recibido un Nobel de Medicina en solitario.

Conocemos dos clases de transposones. Los primeros que se descubrieron, por Barbara McClintock en los cromosomas del maíz, son los del tipo II, de ADN. Son fragmentos de ADN que tienen en sus extremos secuencias repetidas e invertidas. Es decir, la misma secuencia escrita en dirección contraria en la cadena complementaria. Y cuando saltan a una localización en el genoma provocan la duplicación de la secuencia del sitio donde aterrizan, de varios nucleótidos, por lo que una vez insertados, además de estar delimitados por las repeticiones invertidas, que son las que indican la extensión del transposón, también tienen esas repeticiones directas (en la misma cadena de ADN, en la misma dirección). Cuando vuelven a saltar y se escinden del sitio donde estaban integrados dejan tras de sí esa duplicación del sitio de inserción, esas repeticiones directas, que se convierten en huellas del paso (del salto) de transposones por esa zona del genoma. Dentro del transposón existen uno o varios genes, en particular uno esencial que codifica la transposasa, la proteína encargada de escindir el transposón de su sitio, de cortar el sitio de destino y de unir el transposón escindido a su nueva localización. No todos los transposones de tipo II tienen una transposasa activa, algunos la tienen mutada o inexistente, y entonces deben usar la transposasa de otros transposones para saltar. Barbara McClintock describió a transposones autónomos (Ac) que podían saltar por sí mismos (con la transposasa) y otros que eran dependientes de otros transposones, que no podían saltar por sí mismos (Ds), al carecer de transposasa propia.

El otro tipo de transposones, de clase I, son los llamados retrotransposones. Su nombre deriva de que requieren un intermediario de ARN para saltar. A diferencia de los transposones de clase II, que se escinden y desaparecen del sitio original para acabar aterrizando en un nuevo sitio del genoma, los retrotransposones deben transcribirse para saltar. Se convierten en una molécula de ARN, y esta, a su vez, vuelve a convertirse en una molécula de ADN, gracias a la transcriptasa inversa (o reversa), que es la que se acaba integrando en otra posición del genoma, y también genera una duplicación directa de las secuencias cortas adyacentes al sitio de inserción. La gran diferencia entre los dos tipos de transposones es que los de tipo I no desaparecen del sitio de inserción, sino que van colonizando nuevos territorios del genoma en sus saltos (el genoma tiene más de un 50% que corresponde a elementos móviles y, de ellos, su mayoría son retrotransposones o restos de los mismos). Por el contrario los transposones de tipo II sí que se mobilizan y desaparecen del sitio donde estaban para pasar a insertarse en su nueva localización, dejando la huella de las repeticiones directas en el sitio original. De la misma forma que pasa con los transposones de tipo II, los de tipo I también transportan en su interior varios genes, que codifican las actividades transposasa y reverso transcriptasa que necesitan para saltar. Son los retrotransposones autónomos (en el genoma humano, el ejemplo serían los retrotransposones LINE1). Existen otros que han perdido todos estos genes y requieren de los primeros para saltar (en el genoma humano, el ejemplo serían los retrotransposones Alu).

Los transposones, de tipo I o de tipo II, al saltar a un nuevo sitio del genoma provocan mutaciones, alteran la secuencia pre-existente. Si caen en la parte del genoma no codificante (el 98% de nuestro genoma, la mayor parte) en general no producirán demasiados estropicios. Pero si caen dentro de un gen normalmente van a provocar que el gen deje de funcionar, o se altere su función, reactivándose o silenciándose. Bien sea por la inserción misma del transposón o (en el caso de transposones de tipo II) debido a la duplicación de las secuencias adyacentes al sitio de inserción, que deja una huella y altera la secuencia del gen al volver a saltar el gen. De cualquier manera los transposones son motores de la evolución, pues generan variabilidad genética adicional sobre la cual la selección natural puede actuar, fijando las novedades aprovechables y descartando las pérdidas de función irreemplazables.

Nuestras células no tienen intención de dejar saltar libremente a los retrotransposones, por los peligros de mutación que esos saltos acarrean. Por eso han desarrollado un sistema muy eficaz para inactivarlos: metilándolos. La metilación de algunas Cs internas del retrotransposón, en particular las que están relacionadas con el inicio de transcripción, inhabilita la misma, y eso impide que vuelvan a saltar. La mayor parte de transposones, de tipo I y II, están inactivos, bien porque han acumulado mutaciones y ya no pueden ser reconocidos para saltar, bien porque carecen de la transposasa, o bien porque se han insertado parcialmente, y no en su totalidad. Pero una reducida fracción de los mismos todavía son activos y tienen un papel fundamental tanto en el desarrollo de enfermedades como en el control fisiológico de determinados procesos biológicos.

Para conocer más detalles de los transposones son muy recomendables los artículos de divulgación de Guillermo Peris en el blog de Naukas. También es igualmente recomendable el capítulo sobre transposones «Genes saltarines: los escapistas del genoma» que ha escrito Guillermo Peris para el libro GENES (Editorial Guadalmazán, 2021), de autoría colectiva, coordinado por Adrián Villalba.