La investigación sobre las lampreas marinas proporciona información sobre la evolución de los vertebrados, resalta las similitudes en las redes de genes de células madre con los vertebrados con mandíbulas y explica las diferencias en la estructura de las mandíbulas. Crédito: T. Lawrence, Comisión de Pesca de los Grandes LagosA
Estos peces agresivos y chupadores de sangre «pueden tener la clave para comprender de dónde venimos».
Uno de los dos no tiene mandíbula.
» data-gt-translate-attributes=»({«attribute»:»data-cmtooltip», «format»:»html»})» tabindex=»0″ role=»link»>VertebradosLas lampreas marinas, que están causando daños importantes a las pesquerías del Medio Oeste, están ayudando a los científicos a comprender el origen de dos células madre críticas que desempeñaron un papel clave en la evolución de los vertebrados.
Variaciones en la expresión genética.
Pero los investigadores descubrieron una diferencia importante. En cualquier caso
» data-gt-translate-attributes=»({«attribute»:»data-cmtooltip», «format»:»html»})» tabindex=»0″ role=»link»>EspecieLas células de blástula expresan el gen pou5, un regulador clave de las células madre, un gen que no se expresa en las células madre de la cresta neural de las lampreas. La pérdida de este factor puede limitar la capacidad de las células de la cresta neural para formar los tipos de células que se encuentran en los vertebrados con mandíbulas (animales con médula espinal) que forman el esqueleto de la cabeza y la mandíbula.
El estudio fue publicado recientemente en la revista Ecología y evolución de la naturaleza.
Al comparar la biología de los vertebrados sin mandíbulas y con mandíbulas, los investigadores pueden obtener información sobre los orígenes evolutivos de las características que definen a los vertebrados, incluidos los humanos, cómo las diferencias en la expresión genética contribuyen a diferencias importantes en el plan corporal y cómo es el ancestro común de todos los vertebrados. . como
«Las lamprees pueden ser la clave para comprender de dónde venimos», dijo Carol Labonne de Northwestern, quien dirigió el estudio. «En biología evolutiva, si quieres entender de dónde vino una característica, no puedes mirar a vertebrados más complejos que han estado evolucionando de forma independiente durante 500 millones de años. Tienes que mirar hacia atrás, a la versión más primitiva de cualquier tipo de animal que estés estudiando, lo que nos remonta a los mixinos y las lampreas, los últimos ejemplos vivos de vertebrados sin mandíbulas.
Labonne, experto en biología del desarrollo, es profesor de biología molecular en la Facultad de Artes y Ciencias de Weinberg. Ocupa la Cátedra Erastus Otis Haven y forma parte del liderazgo del nuevo Instituto Nacional Simons de Teoría y Matemáticas en Biología de la Fundación Nacional de Ciencias (NSF).
LaBonne y sus colegas demostraron previamente que el origen del desarrollo de las células de la cresta neural está asociado con el mantenimiento de una red reguladora de genes que controla la pluripotencia en las células madre de blástula. En el nuevo estudio, exploraron los orígenes evolutivos de los vínculos entre estas dos poblaciones de células madre.
Importancia de las células de la cresta neural
«Las células madre de la cresta neural son como un juego de Lego evolutivo», dijo Labonne. «Se convierten en diferentes tipos de células, incluidas neuronas y músculos, y todos esos tipos de células normalmente tienen una fuente de crecimiento compartida en la cresta neural».
Aunque las células madre embrionarias en etapa de blástula pierden su pluripotencia y quedan restringidas a diferentes tipos de células a medida que se desarrolla el embrión, las células de la cresta neural poseen un conjunto de herramientas moleculares que regulan la pluripotencia en etapas posteriores del desarrollo.
Si bien el equipo de Labonne encontró una red de pluripotencia completamente intacta en las células de blástula de lamprea, su papel dentro de los vertebrados sin mandíbulas sigue siendo una cuestión abierta. Esto sugiere que las poblaciones de células madre de blástula y cresta neural de vertebrados con y sin mandíbula coevolucionaron en la base de los vertebrados.
Joshua York, becario postdoctoral de Northwestern y primer autor, notó «más similitudes que diferencias» entre la lamprea y Xenopus.
«Aunque la mayoría de los genes que regulan la pluripotencia se expresan en la cresta neural de la lamprea, uno de estos genes clave, pou5, se pierde en estas células», dijo York. «Curiosamente, aunque Pau5 no se expresa en la cresta neural de las lampreas, cuando lo expresamos en las ranas estimula la formación de la cresta neural, lo que sugiere que este gen es parte de una antigua red de pluripotencia presente en nuestros primeros ancestros vertebrados».
Este experimento ayudó a plantear la hipótesis de que el gen se perdió específicamente en ciertos organismos, después de lo cual algunos vertebrados con mandíbulas no se desarrollaron.
«Otro hallazgo sorprendente del estudio es que, aunque estos animales están separados por 500 millones de años de evolución, existen restricciones estrictas en los niveles de expresión de los genes necesarios para promover la pluripotencia», dijo Labonne. «La mayor pregunta sin respuesta es: ¿por qué?»
Referencia: Josué R. York, Anjali Rao, Paul B. Huber, Elizabeth N. «Características compartidas de las células madre evolucionadas de blástula y cresta neural en la base de los vertebrados» por Schock, Andrew Montequin, Sarah Rigney y Carol LaBonne, 26 de julio de 2024. Naturaleza, Ecología y Evolución.
DOI: 10.1038/s41559-024-02476-8
El periódico fue pagado
» data-gt-translate-attributes=»({«attribute»:»data-cmtooltip», «format»:»html»})» tabindex=»0″ role=»link»>Institutos Nacionales de Salud (subvenciones R01GM116538 y F32DE029113), la NSF (subvención 1764421), la Fundación Simons (subvención SFARI 597491-RWC) y la Fundación Walder a través de la Life Sciences Research Foundation. El estudio Dr. Dedicado a la memoria de Joseph Walder.
