Investigadores del Instituto Stowers de Investigación Médica han abierto una ventana a otra pieza de la biología evolutiva. Han descubierto que los genes Hox, que son reguladores clave de la forma en que se forman los cuerpos de los animales simétricos bilateralmente, también juegan un papel en el control deplano corporal simétrico radialmente de la anémona de mar estrella, Nematostella vectensis .
Estos hallazgos, publicados en la edición del 28 de septiembre de 2018 de ciencia , dar a los investigadores una mejor comprensión de la función ancestral de estos genes y comprender un paso importante en la biología evolutiva.
"La anémona de mar nos ofrece una ventana al posible pasado antiguo de la función del gen Hox", dice el investigador de Stowers Matthew Gibson, Ph.D., que dirigió el estudio.
El papel de los genes Hox en los animales bilaterianos ha sido bien establecido. Estos son animales que tienen un eje de la cabeza a la cola, tienen lados izquierdo y derecho en gran medida simétricos e incluyen todo, desde humanos a perros, peces y arañas.controlan la identidad de los diferentes segmentos de estos animales a medida que se desarrollan, poniendo en marcha los programas genéticos que forman diversas estructuras corporales, como las extremidades y los órganos. La identidad del segmento depende de qué genes Hox se expresan, o el código Hox, en esa regióndel organismo en desarrollo.
Aunque se han identificado genes Hox en el grupo de animales conocidos como Cnidaria, que incluyen animales simétricos radialmente como anémonas de mar, medusas y corales, sus funciones particulares en la regulación del plan corporal cnidario eran previamente desconocidas.
"Nunca hemos tenido evidencia funcional de dónde se originó el código Hox y cómo pudo haber controlado el desarrollo antes de la aparición de los bilaterianos", dijo Gibson. "Al estudiar la función de los genes Hox en una anémona de mar podemos comenzar aComprender el posible papel de estos genes en nuestro ancestro común antiguo, hace unos 600 millones de años ".
Para abordar este problema, los investigadores interrumpieron la función del Anthox1a, Anthrox8, Anthrox6a y Gbx genes en el patrón corporal de la anémona de mar Nematostella vectensis . Hicieron esto de dos maneras: interrumpieron la función de los genes Hox mediante el tratamiento con ARN de horquilla corta y también utilizaron CRISPR-Cas9, un sistema de edición de genes, para eliminar estos genes Hox del genoma.
Descubrieron que la pérdida o la interrupción de la función del gen Hox condujo a defectos notables tanto en la segmentación del cuerpo como en el patrón del tentáculo. Las anémonas marinas mutantes desarrollaron solo dos o tres tentáculos en lugar de los cuatro habituales. Algunos tentáculos se agrandaron y se fusionaron parcialmentey otros fueron bifurcados.
"Es completamente posible que el papel ancestral de los genes Hox fuera tanto impulsar la formación de segmentos como conferir identidad de segmento", dijo Gibson. "En las bilaterianas existentes, estas funciones pueden haberse separado de tal manera que los genes Hox solo controlan la identidad del segmento".
"Estos hallazgos descubren la existencia de un código Hox en un cnidario en desarrollo, proporcionando a los biólogos evolutivos nuevas ideas sobre el proceso de evolución del código Hox", dijo Shuonan He, investigador predoctoral en la Escuela de Graduados del Instituto de Investigación Médica Stowersy primer autor del artículo: "Estos genes ya existían antes de la separación de bilaterianos y cnidarios de su antepasado común", dijo. "Ahora podemos ver más ramas cnidarios para probar si estos genes se emplean de manera similar".
Gibson dijo que estos hallazgos también proporcionan evidencia adicional de que la evolución no necesariamente hace que el código genético sea más complejo. "Existe una noción popular de que el proceso de evolución aumenta la sofisticación y la complejidad inexorablemente hacia arriba, pero ahora sabemos que en muchos casos eso esno es lo que sucede en absoluto ", dijo." Nuestros ancestros animales antiguos tenían una biología compleja regulada por los mismos tipos de genes que están presentes en los humanos hoy en día. Simplemente fueron empleados de una manera diferente ".
Otros contribuyentes del Instituto Stowers incluyen a Florencia de Viso, Ph.D., Cheng-Yi Chen, Amanda Kroesen y Aissam Ikmi, Ph.D., quien ahora es líder de grupo en EMBL Heidelberg. Esta investigación fue asistida por elEl Centro de Biología Molecular del Instituto Stowers, el Centro de Microscopía y el Centro de Reptiles y Acuáticos. Este estudio no hubiera sido posible sin la fuerte colaboración con Paulyn Cartwright, Ph.D., de la Universidad de Kansas, David Lambert, Ph.D., dela Universidad de Rochester y Robb Krumlauf, Ph.D., del Instituto Stowers.
El trabajo fue financiado por el Instituto Stowers de Investigación Médica.
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Materiales proporcionado por Instituto Stowers de Investigación Médica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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