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| © CC Genista |
Los ratones no tienen la cola en la espalda y las costillas no se desarrollan a partir de las vértebras lumbares. Y por una buena razón.
Científicos en la EPFL han descubierto el mecanismo que determina la forma que adquieren muchos animales - incluyendo a los humanos, las ballenas azules, y los insectos.
¿Por qué no crecen los brazos desde el centro de nuestro cuerpo? La cuestión no es tan trivial como parece. Vértebras, extremidades, costillas, coxis ... en sólo dos días, todos estos elementos toman su lugar en el embrión, en el lugar correcto y con la precisión de un reloj suizo. Intrigado por la extraordinaria fiabilidad de este mecanismo, los biólogos se han preguntado cómo funciona. Ahora, los investigadores de la EPFL (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne) y la Universidad de Ginebra (UNIGE) haber resuelto el misterio. Su descubrimiento se publicará 13 de octubre 2011 en la revista Science.
El embrión se construye una capa a la vez
Durante el desarrollo de un embrión, todo sucede en un momento determinado. En aproximadamente 48 horas, se pasará de la parte superior de la parte inferior, una rebanada a la vez - los científicos llaman a ésto segmentación del embrión. "Estamos hechos de treinta y tantos cortes horizontales", explica Denis Duboule, profesor de la EPFL y UNIGE. "Estos cortes corresponden más o menos el número de vértebras que tenemos".
Cada hora y media, se construye un segmento nuevo. Los genes correspondientes a las vértebras cervicales, las vértebras torácicas, las vértebras lumbares y el coxis se activan en el el momento justo, uno tras otro. "Si el tiempo no es seguido al pié de la letra, se terminará con costillas saliendo de las vértebras lumbares", bromea Duboule. ¿Cómo funcionan los genes para saber cómo se lanzan a la acción de una manera perfectamente sincronizada? "Asumimos que el ADN juega el papel de una especie de reloj. Pero no entendíamos cómo ".
Cuando el ADN funciona como un reloj mecánico
Genes muy específicos, conocidos como "Hox", están involucrados en este proceso. Responsables de la formación de las extremidades y la columna vertebral, tienen una característica notable. "Los genes Hox están situadas exactamente una tras otra en la cadena de ADN, en cuatro grupos. Primero el cuello, el tórax, el lumbar, y así sucesivamente ", explica Duboule. "Este acuerdo único, inevitablemente, tuvo que jugar un papel".
El proceso es sorprendentemente simple. En los primeros momentos del embrión, los genes Hox están latentes, empaquetado como un carrete de hilo enrollado en el ADN. Cuando sea el momento adecuado, la cadena comienza a relajarse. Cuando el embrión comienza a formar los niveles superiores, los genes que codifican la formación de las vértebras cervicales salen de la cola y se activan. Luego es el turno de las vértebras torácicas, y así sucesivamente hasta la rabadilla. La hebra de ADN actúa un poco como una tarjeta perforada de los equipos antiguos, entrega de instrucciones específicas, ya que cada vez pasa por la máquina.
"Un nuevo gen que sale de la cola de cada noventa minutos, que se corresponde con el tiempo necesario para una nueva capa del embrión que se construirá", explica Duboule. "Se necesitan dos días para que la hebra de ADN se desenroye por completo, lo que es el mismo tiempo que se necesita para todas las capas del embrión se completen." Este sistema es la primera "mecánica" de reloj que se haya descubierto en la genética. Y explica por qué el sistema es tan extraordinariamente preciso.
Este descubrimiento es el resultado de muchos años de trabajo. Bajo la dirección de Duboule y Daniel Noordermeer, el equipo analizó miles de carretes de genes Hox. Con la ayuda del Instituto Suizo de Bioinformática, los científicos fueron capaces de recopilar grandes cantidades de datos y el modelo de la estructura de la cola de impresión y cómo se desenvuelve en el tiempo.
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| El mecanismo que determina la forma de los cuerpos viviientes. EPFL |
La serpiente: una línea de montaje verdadera vertebral
El proceso descubierto de la EPFL es compartida por numerosos seres vivos, desde los seres humanos a algunos tipos de gusanos, de las ballenas azules a los insectos. La estructura de todos estos animales - la distribución de sus vértebras, extremidades y otros apéndices a lo largo de su cuerpo - está programado como una hoja de reproductor de música de piano por la secuencia de los genes Hox a lo largo de la cadena de ADN.
El cuerpo sinuoso de la serpiente es un ejemplo perfecto. Hace unos años, Duboule descubrió en estos animales un defecto en el gen Hox que normalmente detiene el proceso de toma de las vértebras. "Ahora sabemos lo que está pasando. El proceso no se detiene, y el embrión de serpiente sólo sigue haciendo vértebras, todas idénticas, hasta que el proceso sólo pierde fuerza. "
El reloj de Hox es una demostración de la extraordinaria complejidad de la evolución. Una propiedad notable del mecanismo es su extrema estabilidad, explica Duboule. "Los relojes circadianos o menstrual implican una química compleja. De este modo, puede adaptarse a contextos cambiantes, pero en un sentido general son bastante imprecisos. El mecanismo que hemos descubierto debe ser infinitamente más estable y preciso. Hasta el más mínimo cambio acabaría conduciendo a la aparición de una nueva especie. "
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Esta investigación se lleva a cabo en el Centro Nacional de Competencia en Investigación (NCCR) Frontiers in Genetics. El NCCRs son una iniciativa del gobierno suizo para estimular la investigación y la educación en áreas clave. http://www.frontiers-in-genetics.org
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