Resumen:
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[ES] Los genes Pou5f1 y Pou5f3, los cuales juegan un papel fundamental en el desarrollo
embrionario temprano, se originaron por un proceso de duplicación génica. Todas las
especies de vertebrados estudiados hasta la fecha ...[+]
[ES] Los genes Pou5f1 y Pou5f3, los cuales juegan un papel fundamental en el desarrollo
embrionario temprano, se originaron por un proceso de duplicación génica. Todas las
especies de vertebrados estudiados hasta la fecha contienen en su genoma estos dos
ortólogos o, como mínimo, uno de los dos. En ratón, el gen Pou5f1 se expresa en tejidos
pluripotentes y en las células germinales. Además, Pou5f1 es clave para reprogramar células
somáticas en células pluripotentes inducidas y para mantener el estado pluripotente tanto in
vitro como in vivo.
La inducción de la línea germinal en metazoos se puede realizar mediante el
mecanismo de epigénesis o preformación. Recientemente, un estudio ha sugerido que los
genes que participan en el desarrollo embrionario temprano evolucionan más rápidamente en
especies con preformación que en especies con epigénesis. A su vez, los autores propusieron
que una mayor evolución génica correlacionaba con la adquisición de nuevas funciones y/o
pérdida de funciones previas.
En el presente Trabajo Final de Grado hemos decidido testar funcionalmente esta
hipótesis teórica. Estudios preliminares muestran una mayor tasa de evolución entre los
ortólogos Pou5f1 y Pou5f3 presentes en especies con preformación que en aquellos que se
expresan en especies con epigénesis. Sin embargo, se desconoce si esta mayor tasa de
evolución tiene alguna repercusión funcional. Por ello, nos propusimos investigar si la
capacidad de inducción y mantenimiento de la pluripotencia de los ortólogos Pou5f1 y Pou5f3
en vertebrados ha variado durante la evolución en función del mecanismo de inducción de la
línea germinal. En este estudio se ha seleccionado una especie representativa de cada clase
de vertebrados y, en algunas clases, se han seleccionado especies de varias subclases u
órdenes. En total, la capacidad de reprogramación, así como la capacidad de mantenimiento
del estado pluripotente, se ha analizado para 26 ortólogos Pou5f1 y Pou5f3.
Nuestros resultados demuestran que la mayor tasa de evolución de los ortólogos en
especies con preformación conlleva una pérdida del potencial pluripotente en comparación
con los ortólogos de especies con epigénesis. Por tanto, podemos concluir que, basándonos
en los resultados obtenidos con los genes Pou5f1 y Pou5f3, el mecanismo de especificación
de la línea germinal ha sido clave en determinar la capacidad en inducir y mantener
pluripotencia durante la evolución de las especies. Esta conclusión debe ser validada con más
genes en futuros experimentos.
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[EN] The genes Pou5f1 and Pou5f3, which play a central role in early embryonic
development, arose from an ancient ancestor through a gene duplication event. Interestingly,
some vertebrate lineages have retained both genes ...[+]
[EN] The genes Pou5f1 and Pou5f3, which play a central role in early embryonic
development, arose from an ancient ancestor through a gene duplication event. Interestingly,
some vertebrate lineages have retained both genes in their genomes while in other vertebrates
one or the other gene has become extinct. In the mouse model, Pou5f1, that is expressed in
pluripotent tissues and in the germ cells, is critical to maintain pluripotency in vitro and in vivo.
Furthermore, Pou5f1 is essential for reprogramming somatic cells into induced pluripotent
stem cells.
In metazoan, there are two germline specification mechanisms, namely epigenesis and
preformation. Recently, a study has suggested that genes involved in early embryonic
development evolve more rapidly in species with preformation than in species with epigenesis.
Furthermore, the authors claimed that an accelerated sequence evolution correlated with the
acquisition of new functions and/or loss of previous functions.
In the present bachelor’s thesis, we have decided to functionally test this theoretical
hypothesis. Preliminary results show that Pou5f1 and Pou5f3 exhibit a faster evolution rate in
species with preformation than in species with epigenesis. However, it is unknown whether
this faster evolution rate has any functional impact. To this end, we proposed to investigate
whether Pou5f1 and Pou5f3 ability to induce and maintain pluripotency has evolved based on
the germline specification mechanism. In this study we have selected a representative species
from each class of vertebrates and, in some classes, we have selected species from several
subclasses or orders. In total, we have assessed 26 Pou5f1 and Pou5f3 orthologs for their
potential to reprogram and to maintain pluripotency.
Our results show that the higher evolution rate in the preformation orthologs correlates
with a loss in their ability to induce and maintain pluripotency in comparison with the epigenesis
orthologs. Therefore, we conclude that, based on the study of Pou5f1 and Pou5f3, the germline
specification mechanism has been key to define the pluripotency potential during species
evolution. Future experiments are required to validate with more genes this conclusion.
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