Señales de selección natural en poblaciones andinas expuestas históricamente al arsénico en el Desierto de Atacama

Abstract

El Desierto de Atacama es un ambiente extremo para los seres humanos por su alta radiación UV, zonas de hipoxia y altos niveles de arsénico en esenciales recursos de agua. El arsénico es reconocido por ser carcinogénico y por aumentar la mortalidad infantil al provocar abortos espontáneos. La población de Quebrada Camarones tiene la mayor exposición al arsénico en América (1000 μg/L), superando la norma segura de la OMS (10 μg/L). Sin embargo, esta población ha subsistido bajo tales condiciones los últimos 7.000 años, sin evidencias de los efectos tóxicos antes mencionados en tiempos recientes. Nuestro objetivo fue identificar procesos adaptativos locales en la población de Camarones mediante la búsqueda de señales genómicas de selección positiva. Analizamos muestras de Camarones (n=26), Puno (n=30) y Sur de Chile (n=39), siendo las dos últimas los controles. Las muestras se genotipificaron con dos Arrays de SNPs (Axiom LAT1 y Mega), y posteriormente, imputadas usando dos paneles de referencia (población Aymara y de 1000Genomas). Luego, caracterizamos su estructura genética e identificamos las señales de selección a través de los métodos de PBS y los basados en LD. Hemos encontrado diferentes señales de selección en Camarones, mayoría en genes cercanos a la región de HLA o de genes relacionados con el arsénico y el estrés de hipoxia. Respecto a la adaptación al arsénico, nuestros resultados sugieren que Camarones y Puno comparten una misma señal de selección, sobre el gen CNNM2 en el cromosoma 10, el cual esta muy cerca al gen AS3MT. Por otra parte, procesos biológicos sobrerepresentados en Camarones están relacionados con la regulación muscular y presión arterial con genes involucrados en la homeostasis del oxigeno (ACE y NOX4). En conclusión, nuestros resultados sugieren un complejo escenario adaptativo entre las poblaciones del altiplano y el Desierto de Atacama, en que algunas señales son únicas en Camarones, pero otras como el arsénico han mostrado estar compartidas con otras poblaciones andinas.

The Atacama Desert is an extreme environment for humans due to high UV radiation, hypoxia and high arsenic levels in essential water sources. Arsenic is widely recognized to be carcinogenic and to increase child mortality rates by causing spontaneous abortions. People from Quebrada Camarones have the highest exposure to arsenic in the Americas (1000 μg/L), surpassing the WHO’s safe norm (10 μg/L). However, these people have subsisted under these conditions over the last 7,000 years, and without showing the aformentioned toxicological effects in recent times. The aim of this study was to identify unique local adaptations in Camarones people by searching for genomic signatures of positive selection. We used samples from Camarones (n=26), Puno (n=30) and South of Chile (n=39), the last two populations being used as controls. Those samples were genotyped by two SNPs arrays (Axiom LAT1 and Mega) and subsequently imputed by using two reference panels (Ayamra population and 1000Genomes). Then, we characterized their genetic structure, and searched for selection signatures by using PBS and LD-based methods. We have found different positive selection signatures in Camarones, most of which are genes over HLA region or genes related to arsenic and hypoxic stress. Regard to arsenic adaptation, our results suggest that Camarones and Puno have similar selection signals, especially over the CNNM2 gene in chromosome 10, which is closely to the AS3MT gene. On the other hand, the biological processes overrepresented in Camarones were found in muscle and arterial pressure regulation with genes involved in oxygen homeostasis (ACE and NOX4). Therefore, our results suggest a more complex adaptative scenario between highlands and the Atacama Dessert, where some signals are unique in Camarones people, but others like arsenic have shown to be shared with other Andean populations.