Arquitectos Moleculares Del Diseño Corporal

DESARROLLO

La mayoría de los animales y las plantas comienzan su vida como una única célula: el cigoto o huevo fecundado. Luego de la fecundación, el cigoto se divide ordenadas y repetidas veces, originando millones de células embrionarias que, mediante un proceso de autoorganización, se disponen formando un organismo completo. Sin embargo, a pesar de que el proceso fundamental es constante, existe una amplia cantidad de diseños corporales.

El aspecto más destacable del plano corporal de los organismos multicelulares, háblese de un gusano, una mosca o un ser humano, es que estamos construidos en las tres dimensiones del espacio, y que nuestra morfología resulta de la disposición en el espacio de los diversos órganos y tejidos unos con respecto de otros. La formación del organismo requiere integrar la información sobre la posición determinada de las partes mientras éste se va generando.

Hay en la actualidad unas 10 millones de especies animales, y han existido muchas más, que manifiestan una gran pluralidad de formas, tamaños y ciclos vitales. Ante dicha diversidad que presentan los animales multicelulares, los biólogos suponían que los arquitectos moleculares de la morfología corporal eran, igualmente, muy variados. No se concebía que existieran leyes generales aplicables a todas las especies; sin embargo, uno de los descubrimientos más fascinantes de la biología de la última década es que existen mecanismos universales, presuntamente aparecidos durante el Cámbrico Inferior, hace unos 540 millones de años, que generan la diversidad morfológica en el Reino Animal. Hay pruebas de que un grupo de genes relacionados entre sí dirige aspectos similares del diseño corporal en todos los embriones animales. Los denominados genes homeóticos (HOM en invertebrados y Hox en vertebrados) controlan la direccionalidad y la estructuración de segmentos corporales. Estos sistemas consisten en complejos de varios genes, muy próximos entre sí en los mismos cromosomas, que indican a las células si forman parte de la cabeza, el tórax o el abdomen del organismo. Si bien inicialmente han sido encontrados en Drosophila Melanogaster, los genes homeóticos se encuentran en todos los grupos animales, incluidos los seres humanos.

La anteriormente mencionada Drosophila Melanogaster, también llamada la mosca de la fruta o la mosca del vinagre, fue adoptada como animal de experimentación genética por Thomas Morgan a principios del siglo XX. Es un insecto pequeño, perteneciente al grupo de los holometábolos, de 1 mm de largo y aproximadamente un millón de células, que abunda en todo el mundo y es muy fácil de cultivar. Ha sido elegida como modelo experimental por la corta duración de su ciclo de vida (9-10 días) y la facilidad de su mantenimiento, junto con la complejidad y la riqueza de su anatomía, que le permite fácilmente reemplazar a los humanos para propósitos de investigación. El organismo permanece un día como embrión, un día en el primer estadio larval, un día en el segundo estadio larval, entre dos y tres días en el tercer estadio larval, cinco días en el estadio de prepupa y pupa, y finalmente, aproximadamente en el décimo día, eclosiona desde el pupario como una mosca adulta.

El diseño corporal de Drosophila es prácticamente el mismo en el embrión, la larva y el adulto: se pueden distinguir una región anterior, una posterior y una serie de unidades repetitivas en la zona media del animal. Sin embargo, las coordenadas espaciales asignadas por los genes homeóticos se interpretan de diversa forma en los distintos estadios de desarrollo.

Por ejemplo, el estudio del grupo de genes de Drosophila denominado Antennapedia, que se encarga de la parte anterior del cuerpo del animal, ha dejado ver que dicho complejo confiere identidad torácica de igual manera durante los períodos embrionario y pupal, pero no en larvas y adultos, ya que sus estructuras (órganos sensoriales, patas, alas) difieren en ellos.

Por otro lado, el estudio de otro complejo, el llamado bithorax (que se ocupa de la parte posterior de la mosca), permitió concluir que el orden lineal que presentan sus genes en el cromosoma de Drosophila se corresponde exactamente con el orden de las regiones corporales que dichos genes especifican a lo largo del eje anteroposterior del embrión.

Drosophila Melanogaster:

La mosca de la fruta, o del vinagre, conocida como Drosophila Melanogaster en el ámbito científico, es un pequeño insecto que pertenece al orden de los dípteros, el grupo que engloba a todas las especies de moscas. Como la gran mayoría de las moscas, los miembros de esta especie son inofensivos, aunque su costumbre de intimar con la materia en descomposición les ha dado mala reputación. Sin embargo, esto no ha impedido que la mosca del vinagre se haya hecho un lugar en el laboratorio y que, a estas alturas, sea uno de los organismos modelo de mayor renombre en la investigación. Este hecho resulta más evidente si se tiene presente la gran variedad de insectos y de moscas que existen en la naturaleza.

Las drosófilas -género Drosophila, familia Drosiphilidae- son aproximadamente unas 900 especies de moscas de pocos milímetros distribuidas por todo el planeta, excepto en climas extremos y con una preferencia por los climas templados. Su alimentación varía mucho de una especie a otra: algunas comen de todo y otras están muy especializadas y sólo comen hojas, o sólo mohos o polen. Drosophila Melanogaster es una especie verdaderamente cosmopolita que se puede encontrar en prácticamente cualquier lugar del planeta. En cuanto a la dieta, se alimenta de las colonias de levadura que crecen encima de manzanas, uvas, plátanos y otras frutas dulces.

La mosca de la fruta comparte con el resto de insectos el hecho de tener seis patas y presentar el cuerpo dividido en cabeza, tórax y abdomen. Tiene un esqueleto externo y articulado que protege las partes internas del cuerpo. Esta característica también la presentan las arañas, las gambas y otros artrópodos (phylum Arthropoda) que no son insectos.

La mosca de la fruta suele vivir aproximadamente un mes y su ciclo biológico incluye una metamorfosis completa. El desarrollo tiene lugar dentro del huevo, una vez fecundado, y da lugar a una larva que pasa por tres estadios larvarios sucesivos y dos mudas hasta adquirir el tamaño final. Después se produce la fase de pupa, durante la cual tiene lugar la metamorfosis: se destruyen la mayor parte de las células de la larva y se forman los tejidos del adulto (imago). Tras emerger, las hembras pueden poner huevos a partir del segundo día; pueden llegar a depositar medio millar de huevos en los diez días siguientes.

Los genes homeóticos son genes que participan en el desarrollo de los organismos y que determinan la identidad de los segmentos o partes individuales del embrión en sus etapas iniciales. Su función normal consiste en conferir a la célula identidad espacial o posicional inequívoca en diferentes regiones a lo largo del eje anteroposterior del cuerpo. Se activan posteriormente a la expresión de otros genes implicados en el desarrollo.

En el caso de Drosophila Melanogaster, en primer lugar se expresan los genes de polaridad del huevo, que determinan los ejes anteroposterior y dorsoventral del huevo; después lo hacen los genes de segmentación, que determinan el número y la organización de los segmentos del cuerpo. Los productos de estos genes activan a los genes homeóticos que determinan la identidad de cada segmento.

Los genes homeóticos se hallan dispuestos en Drosophila en dos agrupamientos (clusters) que reciben en su conjunto los nombres de complejo Antennapedia y complejo bithorax. El orden en el que se disponen los genes de dichos complejos a lo largo del cromosoma es el mismo que el orden de expresión anteroposterior, o lo que es lo mismo, la mayor proximidad de un gen a la región 3’ del cromosoma condiciona la presencia del mismo en las porciones rostrales del organismo. Asimismo, existe también una colinealidad temporal, siendo más temprana la expresión de los genes cercanos a la región 3’ del cromosoma que los presentes en la región 5’. Uno de los genes incluidos en el complejo Antennapedia, el llamado labial, está implicado en la regulación del desarrollo del tritocerebro, de tal forma que una mutación en el gen tiene como consecuencia defectos en las proyecciones axonales de esta región. Así, tanto las células progenitoras del desarrollo temprano como las neuronas subsiguientes se ubican correctamente en su posición natural, pero presentan una ausencia total de ramificaciones dendríticas y proyecciones axonales, privando por tanto a esta región del contacto con otras áreas cerebrales. Los resultados de esta carencia se traducen en la ausencia de la comisura tritocerebral, la desaparición de las vías entre los ganglios supra y subesofágicos, y la pérdida de identidad neuronal reflejada en la carencia de expresión de numerosos marcadores moleculares.

Complejo Homeobox:

Si observamos la gran variedad de organismos que nos rodean, podremos darnos cuenta que todos ellos poseen su propio y particular esquema estructural, es decir, su propio plan corporal. Las extremidades por ejemplo, son estructuras especializadas de composición semejante, tanto brazos como piernas están hechos de huesos y músculos, pero sus detalles más finos hacen que éstas sean lo suficientemente diferentes como para cumplir su función. La diferenciación de las extremidades ocurre durante la embriogénesis, gracias a la acción de un grupo de genes especializados, los genes homeóticos. Estos genes no solo participan en la determinación de la identidad de los segmentos corporales en el embrión, sino

...