Evolución molecular de las glicoproteínas de la zona pelúcida

Como se ha dicho anteriormente, algunas de las glicoproteínas de la ZP han sido objeto de estudio por estar sometidas a una evolución rápida como resultado de una selección positiva, este estudio ha ayudado a entender mejor las diferencias especie-específicas en la composición de la ZP.

En especial se han estudiado las glicoproteínas ZP2 y ZP3 y son muchos los autores que apoyan su evolución positiva (Makalowski y Boguski, 1998; Swanson et al., 2001a; Swanson y Vacquier, 2002; Turner y Hoekstra, 2006, 2008).

Regiones concretas de estas glicoproteínas han sido señaladas por estar sometidas a esta selección positiva, por ejemplo en ZP3 se detectaron múltiples regiones bajo selección positiva, la mayoría de las cuales se encontraban entre los aminoácidos 331 y 373 (Swanson et al., 2001a).

Además, varios estudios detectan regiones sometidas a selección positiva en ZP3 de varios roedores de Australia y Nueva Guinea; sin embargo, cuando se consideraron únicamente los roedores australianos, los resultados no fueron significativos (Swann et al., 2007). En concreto, se ha

descrito en la ratona que los aminoácidos 324, 325 y 341 del exón 7 son sometidos a esta selección; región que se ha descrito como esencial en la interacción con el espermatozoide (Rosiere y Wassarman, 1992; Kinloch et al., 1995; Wassarman y Litscher, 2009).

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Recientemente, otros autores descartan esta selección positiva (Berlin y Smith, 2005; Chen et al., 2011; Meslin et al., 2012). En 2005, Berlin y Smith

reanalizaron los datos de Swanson, estudiando 15 especies de mamíferos, 11 de aves y 6 de peces y no encontraron indicios de selección positiva para la glicoproteína ZP3 y atribuyen los resultados anteriores a falsos positivos originados por el método usado de análisis M7-M8 LRT. Del mismo modo, los resultados propuestos por Jansa y colaboradores en 2003, donde señalan la presencia de selección positiva en ZP3 en varias especies del género Mus, son descartados cuando Turner y Hoekstra en 2006 reanalizan los resultados en ausencia del grupo externo empleado por los primeros autores.

En 2011, los análisis realizados por Chen y colaboradores en 7 especies de bóvidos, no encuentran indicios de selección positiva en ZP3, mientras que si detectan indicios, aunque débiles en ZP2 (aminoácidos 38, 117, 174 y 342). Lo que podría indicar que la ZP2 de mamíferos podría jugar un papel en la interacción con el espermatozoide más importante que el que se había pensado hasta el momento (Chen et al., 2011) hecho que está siendo

considerado a la vista de los estudios realizados por el grupo del Dr. Dean

(Burkart et al., 2012; Avella et al., 2014).

Estudios más recientes de Meslin et al. (2012) encuentran indicios de selección positiva para ZP2 y ZP4 en la rana y para ZP4 en el macaco de Rhesus. Además, estudian otros genes sometidos a selección positiva y concluyen que los aminoácidos bajo esta selección no se encuentran localizados en el dominio relacionado con la función principal de la proteína, por lo que estos residuos podrían intervenir en funciones secundarias. Por otro lado, muestran que los aminoácidos sometidos a selección positiva presentan una localización diferente según la especie analizada (Meslin et al., 2012).

Centrándonos en la familia ZP, el primer evento en la evolución de esta familia fue una duplicación génica, que dio lugar al gen ancestral de la

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subfamilia ZPC/ZP3 y al precursor de las subfamilias del resto de genes

ZP2/ZPA, ZPB, ZPD y ZPAX (Spargo y Hope, 2003). Tras esta primera

duplicación, este gen precursor dio lugar a ZPD, ZPAX y a un gen del cual surgirían ZP2 y ZPB. Este gen ZPB se duplicó posteriormente originándose los genes ZP1 y ZP4. Así que, ZP1 y ZP4, previamente considerados genes ortólogos, son en realidad parálogos (Hughes et al., 1999; Bausek et al., 2000; Goudet et al., 2008) y puesto que el genoma de la gallina presenta ZP1, la

duplicación del gen ancestral puede ser datado antes de la divergencia entre aves y mamíferos hace 300 Ma (Goudet et al., 2008).

Algunas especies presentan dos copias del gen ancestral ZP1 y ZP4

(modelo de 4 proteínas) y en otras especies sólo se conserva una, ya sea ZP1

o ZP4 (modelo de tres proteínas). En este caso, una de las copias (ZP1 o

ZP4) se ha perdido tras la duplicación debido a la pseudogenización o muerte génica (Goudet et al., 2008; Stetson et al., 2012).

Además de esta pseudogenización, hay varios ejemplos de pérdida de glicoproteínas de la ZP durante la evolución de los vertebrados, por ejemplo, los genes ZPAX y ZPD, presentes en las aves no se encuentran en mamíferos (Goudet et al., 2008).

En el ratón (Mus musculus), el gen ZP4 ha sido identificado como un pseudogén (Lefièvre et al., 2004; Evsikov et al., 2006; Goudet et al., 2008). Mientras

que, en otras especies ha sido el gen ZP1 identificado como un pseudogén, como en la perra (Canis familiaris) y la vaca (Bos taurus), encontrándose en el cromosoma 18 y 29 respectivamente (Goudet et al., 2008); más

recientemente, se han descrito pseudogenes para ZP1 en otras especies como el tití (Género Callithrix), el tarsero (Género Tarsius), el delfín (Género

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Figura 9. Relación filogenética de ZP1 de diferentes especies de mamíferos. A nivel de cada rama se indica el valor de bootstrap (porcentaje de bootstrap) del nodo al que se dirige la rama (sólo valores < 99 son mostrados). El símbolo Ψ y las ramas en rojo indican pseudogenización (Tomado de Stetson et al., 2012).

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Por tanto, encontramos especies donde ZP1 o ZP4 han sido identificados como pseudogenes (Lefièvre et al., 2004; Evsikov et al., 2006; Goudet et al., 2008; Stetson et al., 2012), mientras que ZP2 y ZP3 siempre están presentes

en todos los vertebrados estudiados hasta la fecha sugiriéndose su importancia funcional.

Además, se ha detectado duplicación génica para algunos de los genes de la ZP (ZP2, ZP3, ZPAX). Meslin y colaboradores en 2012, realizan un estudio en distintos mamíferos (euterios y metaterios), aves, peces y anfibios donde detectan duplicaciones e indicios de selección positiva en varios de estos genes (Fig. 10).

Vaca Cerdo Yegua Perro Rata Ratón Mujer Chimpancé Macaco de Rhesus Zarigüeya Ornitorrinco Gallina Rana Pez cebra

Pez globo japonés Pez globo moteado

Medaka Diamante mandarín Espinoso

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Figura 10. Evolución de los genes de la zona pelúcida. Cuadrado blanco: gen no encontrado. Cuadrado azul: duplicación. Cuadrado morado: selección positiva. Cuadrado rojo: pseudogén. Círculo negro: no se detecta evento. Círculo blanco: no hay cálculo de selección positiva. (Modificado de Meslin et al., 2012).

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