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Domingo, 21 de septiembre de 2014
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Genética del desarrollo

La investigación puntera protagonizará el VIII Madrid es Ciencia

¿Puede vivir una mosca con una pata en la cabeza? ¿Cómo ayuda esa anomalía en el conocimiento de la morfogénesis humana? La contemplación de la mosca del vinagre en la Feria de la Ciencia de Madrid, que comienza hoy, no dejará indiferente. Hasta el día 15, algunas de las mejores instituciones de nuestro país mostrarán de la forma más didáctica posible sus actuales líneas de investigación. Con este motivo, José Antonio López Guerrero analiza para El Cultural una de las actividades principales del Centro de Biología Molecular Severo Ochoa: facilitar la comprensión de los misterios moleculares de la genética del desarrollo, cómo un grupo concreto de genes regulan el tránsito secuencial ordenado desde un huevo unicelular hasta un complejo individuo adulto.


JOSÉ ANTONIO LÓPEZ GUERRERO | 12/04/2007 |  Edición impresa


Visión lateral de una Drosophila Normal (izda.) y Drosophila mutada en el gen Antennapedia

El uso de la mosca del vinagre como modelo de investigación se remonta a 1901, cuando se utilizaba en experimentos de reproducción en unos laboratorios de Harvard. Sin embargo, fue el genetista Thomas Hunt Morgan (premio Nobel en Fisiología y Medicina, 1933) quien estableció a Drosophila melanogaster como herramienta científica en los albores de la genética moderna y en la búsqueda de la respuesta a la pregunta “¿por qué somos como somos?” Las ventajas de este sistema de estudio son claras: facilidad de manejo en el laboratorio, ciclo de reproducción corto y alto conocimiento de su información genética acumulado durante el último siglo. A lo largo de su corta vida, cercana al mes, D. melanogaster experimenta varios cambios morfológicos drásticos susceptibles de ser modificados genéticamente para evaluar sus consecuencias.La genética del desarrollo interrelaciona la biología molecular, la genética y la teoría de la evolución para caracterizar los genes implicados en el diseño animal.

Sorprendentemente, estos genes se mantienen muy conservados a lo largo de la evolución, pudiéndose extrapolar, en la mayoría de los casos, los hallazgos publicados en el modelo de Drosophila hasta nosotros mismos. Por lo tanto, la cuestión anteriormente formulada de por qué somos como somos, hay que analizarla no en función de la diversidad de secuencia nucleotídica, sino en la regulación de la expresión génica, esto es, de la transcripción y traducción de la información codificada en nuestros cromosomas. A través de este avatar científico, han ido describiéndose un grupo de genes responsables de determinar la identidad de las células en el eje anteroposterior de los animales. Estos genes, denominados HOX o genes homeóticos, coordinan la expresión de otros muchos genes indicando a diferentes paquetes génicos cuándo, cuánto y dónde deben manifestarse durante el desarrollo completo de un organismo.


García Bellido, un referente

Uno de los investigadores fundadores del concepto “gen homeótico” y máximo exponente mundial de la biología del desarrollo fue recientemente homenajeado, al cumplir los 70 años, por su trascendental trabajo en el modelo de Drosophila. Por supuesto, me estoy refiriendo a Antonio García Bellido, del CBMSO, cuyo trabajo sobre estos genes activadores de paquetes génicos subordinados bien habrían merecido un Nobel.

Posteriormente, un discípulo suyo, Ginés Morata Pérez, tomó magistralmente el testigo de la excelencia investigadora de nuestro país en este campo. Como ya se ha comentado, tal y como ocurre en moscas, los genes HOX son cruciales para el desarrollo morfogénico de los vertebrados, comprendiendo cuatro grupos (HOX A-D) localizados en distintos cromosomas y organizados en varios grupos de homología. Además, en vertebrados, estos grupos de genes también poseen información del desarrollo espacio temporal a lo largo del eje anteroposterior del cuerpo (colinearidad espacial y temporal).

Independientemente del modelo analizado -el gusano Caenorhabditis elegans, nuestra D. melanogaster, ratón o, incluso, el hombre-, uno de los procesos moleculares mejor estudiados en el reino animal durante el desarrollo embrionario, maduración celular o selección de un repertorio inmune adulto, es la muerte celular programada o apoptosis. Este mecanismo, que requiere una expresión génica específica en cada caso, garantiza la correcta morfogénesis, eliminando las células "sobrantes o aberrantes", y la precisa estructuración espacio-temporal de los diferentes órganos y tejidos del organismo en desarrollo. Mediante la activación de unas proteasas específicas denominadas caspasas, la apoptosis permite, por ejemplo, precisar el número exacto de células adultas de C. elegans, la desaparición de la membrana que une los dedos de un feto humano o la maduración final de linfocitos T ó B. Un estudio reciente, llevado a cabo en nuestro Centro, ha analizado este proceso en un modelo muy preciso: la formación de las uniones entre los segmentos de las patas de Drosophila.

Un mecanismo complejo
La formación de las uniones entre los segmentos de las patas de este diminuto insecto depende de la expresión del factor Decapentaplegic (Dpp), proteína homóloga a un viejo conocido de los inmunólogos: el Factor beta de Crecimiento Tumoral (TGF , en inglés). El estudio coordinado por Magali Suzanne, realizado en el grupo de Ernesto Sánchez-Herrero y publicado en la prestigiosa revista internacional Nature Cell Biology permite desentrañar el proceso de apoptosis desencadenado durante el desarrollo de dichas uniones entre los segmentos de las patas de Drosophila. Dicho desarrollo está causado por las distintas concentraciones, a lo largo de células vecinas, de Dpp. Aunque molecularmente se trata de un mecanismo complejo, la visualización de este trascendental paso en morfogénesis (la formación de una extremidad funcional) es simple: Dpp forma un gradiente de concentración a través de células vecinas señalando, de alguna forma, sus destinos finales. Células adyacentes tienen concentraciones similares de Dpp. Si dicha homogeneidad se ve bruscamente interrumpida, se activará un proceso específico de apoptosis hasta conseguir restablecer la homogeneidad. La importancia del presente trabajo ha consistido en observar que este proceso apoptótico puede inducirse durante la formación natural de un órgano y no sólo por la alteración irregular de los niveles de Dpp; es decir, tanto la gradual variación en la concentración de Dpp, su abrupta discontinuidad entre células y la inducción de la muerte celular programada subyacente podrían constituir un mecanismo efectivo de la morfogénesis; al menos en nuestra amiga alada. Aunque todavía existe ante nosotros grandes pantanos de conocimiento científico por drenar, cada vez son más los grupos de genes y rutas de señalización, muy conservadas en todo el reino animal, que están desvelando sus misterios moleculares.

Sistemas superiores
Además del Dpp descrito anteriormente en Drosophila, otros muchos genes están siendo extrapolados desde la mosca a sistemas superiores como ratón u hombre. En este sentido, los cuatro complejos genómicos de la familia HOX, con cerca de 40 genes están siendo analizados. Mientras que en moscas, mutaciones espontáneas permitieron obtener y estudiar individuos tan interesantes como con varios pares de alas, alas curvadas, ausencia de ellas, diferente pigmentación del cuerpo, morfología variada de ojos o la circense mosca con patas en lugar de antenas, técnicas precisas de mutación dirigida en ratones están desvelando muchas de las funciones de los genes homeóticos en vertebrados. Por otra parte, a los logros en biología del desarrollo habría que sumarle los descubrimientos aportados por la investigación con células madre, con análisis de diversos genes implicados en desarrollo embrionario y diferenciación celular como NANOG, OCT4, PIWI o PAX3, entre otros muchos. La sinergia de ambos frentes nos hará avanzar hacia la pregunta última: ¿por qué somos como somos?


100 años como “reclamo”
Hoy comienza uno de los encuentros científicos más importantes del año. Madrid es Ciencia, que se desarrollará en el Pabellón 10 de IFEMA hasta el domingo, tiene como principal objetivo “estimular el interés y la curiosidad por la ciencia y la tecnología mediante la observación, la experimentación y el análisis”. Entre las áreas temáticas que destacan en esta octava edición están Ciencia en la red, Más ciencia, La ciencia y los niños, La vida, Año polar, Matemáticas y 100 años de ciencia. Este último apartado estará dedicado a la conmemoración del centenario de la creación de la JAE (Junta de Ampliación de Estudios), cuya aportación fue decisiva a la hora de formar y dar a conocer nuestros científicos, a los que homenajea esta edición de Madrid es Ciencia.


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