Los genes de los peces sin mandíbula nos hablan de la evolución del cerebro humano

Un nuevo estudio publicado en Naturaleza revela cómo los genes del pez parásito, anguila, parecida a una anguila, la lamprea ofrecen importantes pistas sobre la evolución del cerebro humano.
Un embrión de lamprea que expresa el gen Hox Hoxb3 (verde). En el estudio, Bronner y sus colegas encontraron que los genes Hox son importantes para la segmentación del rombo posterior durante el desarrollo de la lamprea.
Crédito de la imagen: Hugo Parker

Uno de los autores del artículo, Marianne Bronner, profesor de biología en el Instituto de Tecnología de California (Caltech) en Pasadena, explica que:

"La lamprea es uno de los vertebrados más primitivos que existen hoy en la Tierra y, al estudiar de cerca sus genes y características de desarrollo, los investigadores pueden aprender más sobre los orígenes evolutivos de los vertebrados modernos, como los peces con mandíbulas, las ranas e incluso los humanos".

El Prof. Bronner es director de un laboratorio único en el Instituto Beckman de Caltech que cría y estudia el pez cebra, las lampreas y las ranas Xenopus, sujetos ideales para el estudio en vivo de la biología molecular, celular y del desarrollo de animales vertebrados. El laboratorio atrae a científicos de todo el mundo.

La instalación es uno de los pocos lugares del mundo donde los científicos pueden estudiar las lampreas en cautiverio. Aunque estos peces parásitos son comunes en los Grandes Lagos, no son fáciles de estudiar: pueden vivir 10 años antes de reproducirse, luego aparecen solo durante unas pocas semanas en el verano antes de que perezcan.

En el laboratorio, el equipo de Caltech puede extender la temporada de reproducción de la lamprea a hasta 2 meses ajustando la temperatura del agua. En esas semanas adicionales, las lampreas producen decenas de miles de óvulos y espermatozoides adicionales. Utilizando in vitro la fertilización, el equipo puede generar decenas de miles de embriones adicionales para estudiar.

Los científicos usan la lamprea para estudiar los orígenes del cerebro posterior de los vertebrados

Para este último estudio, el Prof. Bronner y sus coautores, del Stowers Institute for Medical Research, Kansas City, MO, investigaron los orígenes del rombencéfalo vertebrado, la parte del sistema nervioso central que compartimos con todos los cordados, organismos que tener un cordón nervioso como nuestra médula espinal.

Los vertebrados - organismos que tienen columna vertebral - son un subtipo de cordados cuyo cerebro posterior se convierte en ocho segmentos durante el desarrollo, cada uno con un patrón único de circuitos cerebrales y función.

Por ejemplo, uno de esos segmentos se convierte en el cerebelo, que está involucrado en el control del movimiento, y otro se convierte en la médula oblongata, que es importante para la respiración y otras funciones involuntarias.

Esta segmentación del rombencéfalo no está presente en los cordados de invertebrados, organismos como chorros de mar y lancetas, que no tienen columna vertebral.

El equipo estaba interesado en un grupo de genes conocidos como genes Hox, que en los vertebrados contienen los planos del plan corporal de cabeza a cola del organismo y también controlan la segmentación del rombencéfalo. A pesar de que no tienen romancé segmentado, los cordados de invertebrados también tienen genes Hox.

El equipo eligió estudiar lampreas porque ocupan una posición única en el árbol evolutivo entre los cordados de invertebrados y los vertebrados con mandíbulas. La investigación de los genes Hox en lampreas, y si están o no involucrados en el modelado del rombencéfalo en las especies intermedias, podría dar una idea de cómo los rasgos de los vertebrados podrían haber evolucionado.

El equipo descubrió no solo que la lamprea del cerebro posterior está segmentada durante el desarrollo, sino que los genes Hox están involucrados, al igual que en los vertebrados con mandíbula. Esto los sorprendió, dice el primer autor, el Dr. Hugo Parker, del Stower's Institute, que pasó todos los veranos desde 2008 en Caltech estudiando lampreas. El explica:

"Cuando comenzamos, pensamos que la situación era diferente, y los genes Hox no estaban realmente integrados en el proceso de segmentación como en los vertebrados con mandíbulas. Pero en realidad al hacer este proyecto, descubrimos la forma en que se expresan los genes Hox de lamprea y regulado es muy similar a lo que vemos en los vertebrados con mandíbulas ".

Esto significa que la segmentación del rombencéfalo ocurre antes en la evolución de lo que los científicos habían pensado anteriormente, e involucra genes Hox, dice.

El Dr. Parker tiene la intención de seguir pasando sus veranos en Caltech. Él quiere saber qué otras características del lampbrain de lamprea se pueden conservar en los vertebrados de hoy. Tal información es clave para ayudar a los científicos a comprender el desarrollo de vertebrados.

Mientras tanto, gracias a otros descubrimientos, la lamprea también se utiliza cada vez más como modelo para comprender las enfermedades neurológicas humanas. Por ejemplo, en febrero de 2013, científicos del Marine Biological Laboratory en Woods Hole, MA, informaron que habían encontrado varios genes de lamprea que también están relacionados con trastornos neurológicos humanos como la enfermedad de Alzheimer, la enfermedad de Parkinson y la lesión de la médula espinal.

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