Las lampreas marinas, uno de los dos únicos vertebrados sin mandíbula, que causan estragos en las pesquerías del Medio Oeste, están ayudando simultáneamente a los científicos a comprender el origen de dos células madre clave que impulsaron la evolución de los vertebrados.
Los biólogos de la Universidad Northwestern han obtenido información sobre cuándo la red genética que controla estas células madre pudo haber evolucionado y haber provocado la pérdida de las mandíbulas de las lampreas.
Dos tipos de células, las células pluripotentes de la blástula (o células madre embrionarias) y las células de la cresta neural, son «pluripotentes», lo que significa que pueden convertirse en todos los demás tipos de células del cuerpo.
En un nuevo artículo, los investigadores compararon los genes de la lamprea con los de la rana acuática con mandíbulas Xenopus. Utilizando transcriptómica comparativa, el estudio reveló una red de genes de pluripotencia similar en vertebrados con y sin mandíbula, incluso en el nivel de abundancia de transcripción para elementos reguladores clave.
Pero los investigadores descubrieron una diferencia importante. Si bien las células de blástula de ambas especies expresan el gen pou5, un regulador clave de las células madre, el gen 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 el 26 de julio 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 el ancestro común de todos los vertebrados. Lo vi así.
«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 los vertebrados altamente complejos que han estado evolucionando de forma independiente durante 500 millones de años. Hay que mirar hacia atrás, a cualquier versión muy primitiva del género. Los animales que estás estudiando son los mixinos y las lampreas, los últimos vertebrados sin mandíbulas supervivientes.
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.
«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 son una fuente de crecimiento compartida en la cresta neural».
Aunque las células madre embrionarias en la 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 más adelante en el 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, la expresión de uno de estos genes clave, pou5, se pierde en estas células», dijo York.
«Curiosamente, aunque pou5 no se expresa en la cresta neural de la lamprea, cuando lo expresamos en ranas promueve la formación de la cresta neural, lo que sugiere que este gen es parte de una antigua red de pluripotencia que estaba 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 gran pregunta sin respuesta es: ¿por qué?»
Más información:
Josué R. York et al., Características compartidas de células madre de blástula y cresta neural evolucionadas basalmente en vertebrados, Naturaleza, Ecología y Evolución (2024) DOI: 10.1038/s41559-024-02476-8
Proporcionado por la Universidad Northwestern
referencia: Los peces invasores chupadores de sangre ‘pueden ser la clave para comprender de dónde venimos’, dicen los biólogos (26 de julio de 2024) Consultado el 26 de julio de 2024 en https://phys.org/news/2024-07-invasive-blood – peces- Key-biologists.html
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