Una de las grandes transformaciones requeridas para que los descendientes de peces se conviertan en criaturas que puedan caminar en la tierra fue reemplazar los largos y elegantes rayos de aletas por dedos de manos y pies. En la edición del 17 de agosto de 2016 de Naturaleza , los científicos de la Universidad de Chicago muestran que las mismas células que producen los rayos de las aletas en los peces juegan un papel central en la formación de los dedos de manos y pies de las criaturas de cuatro patas.
Después de tres años de minuciosos experimentos utilizando novedosas técnicas de edición de genes y un mapeo sensible del destino para etiquetar y rastrear las células en desarrollo en los peces, los investigadores describen cómo los pequeños huesos flexibles que se encuentran en los extremos de las aletas están relacionados con los dedos de manos y pies, que sonmás adecuado para la vida en tierra.
"Cuando vi estos resultados por primera vez, podrías haberme golpeado con una pluma", dijo el autor principal del estudio, Neil Shubin, PhD, Profesor de Servicio Distinguido Robert R. Bensley de Biología y Anatomía Organismal de la Universidad de Chicago.Shubin es una autoridad en la transición de aletas a extremidades.
"Durante años", dijo, "los científicos han pensado que los rayos de las aletas no tenían relación alguna con los dedos de las manos y los pies, completamente diferentes porque un tipo de hueso se forma inicialmente a partir del cartílago y el otro se forma en tejido conectivo simple. Nuestros resultadoscambiar toda esa idea. Ahora tenemos muchas cosas que repensar ".
Para desentrañar cómo las aletas podrían haberse transformado en muñecas y dedos, los investigadores trabajaron principalmente con un modelo de pez estándar: el pez cebra.
Tetsuya Nakamura, PhD, un erudito postdoctoral en el laboratorio de Shubin, utilizó una técnica de edición de genes, CRISPR / Cas, en pez cebra para eliminar genes importantes relacionados con la construcción de extremidades, y luego crió selectivamente el pez cebra con múltiples eliminaciones específicas. Pasó másmás de dos años construyendo y cruzando los mutantes de peces, un proyecto que comenzó en los Laboratorios de Biología Marina en Woods Hole, Massachusetts.
Al mismo tiempo, Andrew Gehrke, PhD, un ex estudiante graduado en el laboratorio de Shubin, refinó las técnicas de etiquetado celular para determinar cuándo y dónde migraron células embrionarias específicas a medida que los animales crecieron y se desarrollaron.
"Fue uno de esos momentos de eureka", dijo Gehrke. "Encontramos que las células que marcan las muñecas y los dedos de los ratones y las personas estaban exclusivamente en los rayos de las aletas de los peces".
El equipo se centró en los genes Hox, que controlan el plan corporal de un embrión en crecimiento a lo largo del eje de la cabeza a la cola o de la punta del hombro. Muchos de estos genes son cruciales para el desarrollo de las extremidades.
Estudiaron el desarrollo de las células, comenzando, en algunos experimentos, poco después de la fertilización, y las siguieron cuando se convirtieron en parte de una aleta adulta. El trabajo anterior ha demostrado que cuando los genes Hox, específicamente aquellos relacionados con las muñecas y los dedos de los ratonesHoxD y HoxA, se eliminaron, los ratones no desarrollaron esas estructuras. Cuando Nakamura eliminó esos mismos genes en el pez cebra, los rayos largos de las aletas se redujeron considerablemente.
"Lo que importa no es lo que sucede cuando eliminas un solo gen, sino cuando lo haces en combinación", explicó Nakamura. "Ahí es donde sucede la magia".
Los investigadores también usaron un escáner CT de alta energía para ver las estructuras diminutas dentro de la aleta del pez cebra adulto. Estas pueden ser invisibles, incluso para la mayoría de los microscopios tradicionales. Los escaneos revelaron que los peces que carecen de ciertos genes perdieron los rayos de las aletas, pero los huesos pequeñoshecho de aleta de cartílago aumentado en número.
Los autores sospechan que los mutantes que Nakamura produjo causaron que las células dejaran de migrar desde la base de la aleta a su posición habitual cerca de la punta. Esta incapacidad para migrar significaba que había menos células para producir rayos de aleta, dejando más células en elbase de aleta para producir elementos de cartílago.
"Realmente tomó la combinación de etiquetado y nocaut para convencernos de que esta relación celular entre aletas y extremidades era real", dijo Gehrke.
La investigación futura incluye nuevas expediciones para encontrar más intermedios fósiles, como Tiktaalik, un vínculo entre los peces primitivos y los primeros animales de cuatro patas, descubiertos por Shubin y sus colegas en 2006, en la transición de las aletas a las extremidades.también planeando experimentos con genes Hox para aprender cómo una población común de células puede formar estructuras tan diferentes en peces y personas.
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Materiales proporcionados por Centro médico de la Universidad de Chicago . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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