Publicado 22/01/2014 14:16CET

Las extremidades de tetrápodos surgieron por la evolución del ADN en los peces

Gato, animal doméstico, animal abandonado
EUROPA PRESS

MADRID, 22 Ene. (EUROPA PRESS) -

Un equipo de investigadores de la Universidad de Ginebra (UNIGE) y la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL), en Suiza, comparó la estructura y el comportamiento de estos grupos de genes en embriones de ratones y peces cebra y descubrieron una organización similar de ADN 3 dimensional en peces y ratones, lo que indica que el principal mecanismo utilizado para el patrón de las extremidades de los tetrápodos ya estaba presente en los peces.

Sin embargo, cuando se insertan en embriones de ratones transgénicos, los genes Hox de peces sólo se activan en el brazo de ratón pero no en los dedos, lo que muestra que el ADN de los peces carece de elementos genéticos esenciales para la formación de dedos. El estudio, publicado este martes en 'PLoS Biology', concluye que aunque la parte digital de las extremidades evolucionó como una novedad en los animales terrestres, esto ocurrió con la elaboración de una infraestructura de ADN preexistente ancestral.

La transición del agua a la tierra es uno de los enigmas más fascinantes de la evolución y, en particular, siguen siendo un misterior los cambios en las extremidades a raíz de las aletas de los peces ancestrales. Tanto los peces como los animales terrestres poseen grupos de genes Hoxa y Hoxd, que son necesarios para la aleta y la formación de las extremidades durante el desarrollo embrionario.

Nuestro primer antepasado terrestre de cuatro patas salió del mar hace unos 350 millones de años. Un pez pulmonado, nuestro pariente vivo más cercano al pez que se arrastraba sobre sus cuatro aletas puntiagudas, da una idea de cómo fueron los primeros pasos evolutivos en la tierra. Sin embargo, el camino de transición entre los elementos estructurales de las aletas en los peces y las extremidades en los tetrápodos sigue siendo difícil de alcanzar.

En los animales, los genes Hox, a menudo denominados "genes arquitecto", son los responsables de la organización de las estructuras del cuerpo durante el desarrollo embrionario. Tanto los peces como los mamíferos poseen grupos de genes Hoxa y Hoxd, que son necesarios para la formación de la aleta y de las extremidades.

El equipo de investigadores, dirigido por Denis Duboule, había demostrado recientemente que, durante el desarrollo de los mamíferos, los genes Hoxd dependen de una estructura de ADN de 3 dimensiones "bimodal" para dirigir el desarrollo de la subdivisión característica de las extremidades brazos y patas, una división que está ausente en las aletas de los peces

"Para determinar qué parte de la genética está detrás de la subdivisión en mano y brazo durante la evolución, decidimos comparar de cerca los procesos genéticos implicados tanto en el desarrollo de las aletas y las extremidades" , señala Joost Woltering , investigador del Departamento de Genética y Evolución de la Facultad de Ciencias de UNIGE y autor principal del estudio.

Sorprendentemente, los científicos encontraron una arquitectura de la cromatina en 3 dimensiones bimodal similar en la región del gen Hoxd en embriones de pez cebra. Estos resultados indican que el mecanismo de regulación del patrón utilizado para las extremidades de tetrápodos probablemente es anterior a la divergencia entre peces y tetrápodos.

"De hecho, este descubrimiento fue una grata sorpresa, ya que esperábamos que esta conformación del ADN bimodal fuera exactamente lo que marcaría toda la diferencia en la genética para el desarrollo de las extremidades o la formación de las aletas", añade otro de los autores, Joost Woltering.

Para saber si esto implica que los dedos son homólogos a las distantes estructuras de las aletas en los peces, los genetistas insertaron en los ratones los embriones de las regiones del genoma que regulan la expresión de genes Hox en las aletas de los peces. Se llevaron la sorpresa de que las regiones reguladoras de los peces activan la expresión de genes Hox predominantemente en el brazo y no en los dedos.

"En conjunto, esto sugiere que nuestros dedos evolucionaron durante la transición de la aleta al miembro mediante la modernización de un mecanismo de regulación ya existente", explica Denis Duboule. "Una buena metáfora de lo que probablemente sucedió sería el proceso deadaptación, como se hace en la ingeniería para equipar estructuras de máquinas obsoletas con nuevas tecnologías. Sólo que, en este caso, se trataba de una arquitectura de ADN primitiva que evolucionó a una nueva tecnología para formar los dedos de manos y pies", añade Joost Woltering.

Los investigadores concluyen que aunque los peces poseen el conjunto de herramientas de reglamentación Hox para producir dedos, este potencial no se utiliza como se hace en los tetrápodos. Por lo tanto, proponen que los radiales de las aleta, los elementos óseos de las aletas, no son homólogos a los dedos de los tetrápodos, a pesar de que se basan en parte en una estrategia regulatoria compartida.

Se necesitan nuevas líneas de investigación para saber exactamente qué ha cambiado entre los elementos de ADN en los peces y los tetrápodos. "Por ahora, conocemos un montón de interruptores genéticos en ratones que conducen la expresión de Hox en los dedos. Es clave para saber exactamente cómo funcionan estos procesos hoy en día para entender qué hizo que aparecieran los dedos y favoreció la colonización del medio terrestre", concluye Duboule.