NeoFronteras

Descubren el primer reloj “genético” o “reloj Hox”

Área: Genética — Lunes, 17 de Octubre de 2011

Descubren cómo funciona el reloj genético que permite la acción consecutiva de los genes Hox que controlan la formación del embrión en casi todos los animales, desde los gusanos a las ballenas.

Foto
Así funciona el reloj Hox. Los genes Hox están dormidos y según se desenrollan se van activando y pasando el testigo al siguiente gen, para así ir formando secuencialmente los distintos segmentos del embrión, desde la cabeza a la cola (Ampliar). Fuente: Pascal Coderay, EPFL.

Uno de los resultados científicos más bellos de los últimos tiempos es el que habla de los genes ligados al desarrollo embrionario de los animales. Los planes corporales generales que controlan el desarrollo de un gusano son casi los mismos que los que controlan el diseño del cuerpo de una ballena azul o nosotros mismos.
Los genes Hox son los responsables de esos planes y son casi los mismos a lo largo de todas esas especies. Si no supiéramos de la existencia de esos genes nos podríamos preguntar por qué no nos sale una cabeza del medio del cuerpo o por qué simplemente aparece una cabeza. Estos genes, una vez dictan dónde van las distintas partes de cuerpo, delegan en otros genes para que terminen los detalles morfológicos que distinguirán, por ejemplo, a un ser humano de una mosca de la fruta. Pero, básicamente, funcionan de la misma manera a lo largo de todos los animales. Se cree que la aparición de estos genes se remonta a tiempos previos a la explosión del Cámbrico.
Vamos ahora a ver uno de esos resultados tan bonitos que dan razones para seguir escribiendo sobre ciencia, razones para seguir maravillándose del mundo natural, para sentir esa fascinación tan singular y seguir sorprendiéndonos de un Cosmos del que formamos parte.
Sabíamos que las vértebras, los miembros, las costillas y otras partes del cuerpo aparecen en su lugar adecuado durante el desarrollo embrionario con la precisión de un reloj suizo. Pero no sabíamos cómo se daba esto. Ahora investigadores del EPFL suizo y de la Universidad de Ginebra han intentado contestar de dónde proviene esa precisión.
Durante el desarrollo embrionario cada cosa sucede en el momento específico. En 48 horas el embrión se formará de la cabeza hasta atrás capa a capa, en lo que se llama segmentación del embrión. Según Denis Duboule estamos hechos de unan treintena de esas rodajas. Estas capas o rodajas se corresponden, más o menos, con las vértebras que tenemos.
Cada hora y media se construye un nuevo segmento. Los genes correspondientes a las vértebras cervicales, a las torácicas, a las lumbares y a las finales son activados a exactamente el momento adecuado uno tras otro. Si la cronología no se diera al pie de la letra según esa secuencia precisa un humano podría terminar con las costillas a la altura de las vértebras lumbares, por ejemplo. La pregunta es cómo estos genes saben cuándo entrar en acción de una manera tan sincronizada. No se entendía cómo.
Los genes Hox están involucrados en este proceso. Son los responsables en vertebrados de la formación de los miembros y la columna vertebral. Estos genes tienen una característica notable: están situados uno exactamente al lado del otro en la misma hebra de ADN en cuatro grupos. Primero está el que se corresponde al cuello, luego el del torax, luego los lumbares y así sucesivamente. Por tanto, la secuencia de genes Hox en la hebra de ADN tiene que jugar un papel importante.
Al final ha resultado que el proceso es maravillosamente simple. En los primeros momentos de formación del embrión los genes Hox están dormidos uno tras otro y bobinados en la hebra de ADN. Al llegar el momento adecuado la hebra de ADN empieza a desenrollarse. Cuando el embrión empieza a formar los niveles superiores los genes que codifican la formación de las vértebras cervicales se activan, para después desactivarse y pasar el turno a los genes que forman los segmentos torácicos y así sucesivamente. La hebra de ADN actúa como si fuera una esas antiguas computadoras de fichas perforadas, suministrando instrucciones según las fichas pasan a través de la máquina.
Un nuevo gen sale de la bobina de ADN cada 90 minutos, tiempo que se corresponde con el necesario para formar una capa del embrión. Se necesitan dos días para que se complete el desenrollado completo de la hebra de ADN, que es el mismo tiempo que se necesita para que se formen todas los segmentos del embrión.
Este sistema es el primer “reloj mecánico” en genética y explica por qué el sistema es tan notablemente preciso.
Este descubrimiento es el resultado de muchos años de estudios. Bajo la dirección de Duboule y Daniël Noordermeer este equipo de investigadores analizó miles de genes y usaron técnicas de bioinformática y de modelado de ADN para llegar a este bello resultado.
El sinuoso cuerpo de una serpiente es un ejemplo perfecto de cómo funciona este sistema. Hace años estos investigadores descubrieron que, en este animal, un defecto en un gen Hox debería detener el proceso de formación de vértebras, pero que en su lugar, lo que sucede en el embrión de este animal, es que se siguen formando vértebras, todas idénticas, repitiendo el mismo patrón-secuencia, hasta que el sistema se “queda sin gas”.
El reloj Hox es una demostración de la extraordinaria complejidad de la evolución. Una propiedad notable de él es que el mecanismo es extremadamente estable. Otros relojes biológicos usan una química compleja y pueden cambiar o adaptarse a nuevas circunstancias (el ciclo menstrual, el circadiano, etc), pero son bastante imprecisos. Este nuevo reloj genético es infinitamente más preciso y estable. Según Duboule “incluso el cambio más pequeño podría dar lugar a la emergencia de nuevas especies”.
Este proceso es compartido por numerosos seres vivos, desde los humanos a ciertos gusanos, pasando por las ballenas o los insectos. Los distintos segmentos embrionarios de todos estos animales se forman de la misma manera, con la precisión y cronología dictada por este reloj genético, como si estuviera programado en un papel pautado, para así recrear la sinfonía biológica del mundo natural animal. Obra compuesta por unas notas musicales Hox escritas con tinta de ADN a lo largo de un pentagrama que se ha interpretado de casi la misma manera desde la noche de los tiempos.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=3630

Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Artículo original.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
Compartir »

8 Comentarios

  1. pvl:

    Muy interesante y bello el artículo. Me ha quedado la duda de cual es la “referencia” o la “marca” concreta que determina el inicio de la activación de un segmento de gen hoax y el final de la secuencia. Creo haber entendido que el gen se va estirando progresivamente y a medida que los segmentos del mismo se suceden en ese estiramiento se van activando y desactivando. Del esquema se deduce que el “circulo” en la que está arrollado el gen, es la marca, a partir de la cual, el segmento, que sale del mismo, se activa ¿pero que se supone que representa ese círculo? ¿es algo material (como una especie de membrana) que envuelve al gen? o ¿es solo una manera de esquematizar el mecanismo sin que el círculo represente ninguna “membrana” material sino más bien una especie de límite geométrico que “separa” virtualmente los segmentos aún enrollados de los que ya están desenrollados?

  2. lluís:

    Pues ese circulo, pvl, podría representar un cromosoma, que es donde encontramos la información genética(los genes). Este hallazgo es formidable y digno de premio Nobel.Y además da para calenturientes especulaciones, dado que si el cambio más pequeño en ese reloj biológico puede dar lugar a nuevas especies, ¿no sería posible que las diseñaramos nosotros mismos esas nuevas especies?.
    Saludos.

  3. Raúl Vallejos:

    No me funciona el link al artículo original, donde puedo encontrarlo?

  4. NeoFronteras:

    Estimado pvl:
    El ADN está fuertemente empaquetado en los cromosomas. Al parecer, según se desprende de lo explicado en la nota de prensa, lo que da los “tics” de este reloj es la dinámica molecular. Se tarda un tiempo (dado por la química y física del proceso a esa escala) en desenrollar la secuencia de ADN para ser leída y sus genes expresados. Parece que un grupo de células expresan a la vez esa misma secuencia de genes creando cada segmento a su debido tiempo, uno tras otro según se desenrolla cada gen Hox.

  5. NeoFronteras:

    Estimado Raúl Vallejos:
    El enlace ya está arreglado.

  6. tomás:

    El artículo me da asiento para pensar en el coxis humano, que puede derivar de 4 o 5 vértebras según unos u otros individuos. Todo parece indicar que es a partir de la secuencia final de los Hox que debe producirse esta diferencia. No sé si se habrá hecho alguna estadística que compare la proporción entre unos y otros y si es distinta según regiones o en las diferentes razas.
    Un saludo.

  7. pvl:

    Estimados LLuis y Neo: disculpad mi ignorancia pero no consigo entender bien el proceso. Según entiendo yo el esquema (según la numeración de las viñetas):
    1º Tenemos un blastocisto, (que si no me equivoco es como una especie de agrupación de células indiferenciadas llamadas blastocitos, en forma de “mora”, que son pluripotenciales).
    Dentro del núcleo de cada uno de los blastocitos (es decir de cada una de las células que forman la “mora”) tenemos los mismos cromosomas (que son una especie de sacos con distintas formas que en su interior albergan los genes, en forma de filamentos de ADN enrollados).
    2º El filamento de ADN que corresponde a los genes Hox (no hoax como puse por error en mi 1º mensaje)se empieza a desenrollar y el 1º segmento del gen “sale” de algún sitio (representado en el esquema por el círculo).
    Mis dudas son:
    1º ¿el círculo representa, como dice Lluis el cromosoma (al menos su envoltura)? En tal caso, ¿la posición del segmento respecto a la envoltura del cromosoma sería como el interruptor de la luz: dentro-off-desactivado, fuera-on-activado?.
    2º Dado que cada uno de los blastocitos de la “mora” tienen los mismos cromosomas, en uno de los cuales está el gen Hox arrollado: ¿el proceso de desenrollamiento se produce en todos los blastocitos a la vez? ¿o por el contrario solo se produce en uno de ellos?.

  8. Nemo:

    Es todo un poco más complejo. Hay que tener en cuenta que el embrión crece de la cabeza hacia abajo, y que las células de cada sección son hijas de las de la anterior. Por tanto, la información para formar su segmento del plan corporal ya debía estar presente en las anteriores, aunque no se activó entonces sino a su tiempo. Además, en cada sección hay, básicamente, tejido muscular, un eje nervioso, un tubo gástrico y un par de vasos circulatorios (ida y vuelta), cuya continuidad ha de estar programada mediante la continuidad de los respectivos linajes celulares. A su vez, éstos han de llevar la cuenta del número y separaciones de los apéndices laterales….
    Sampedro explicó esto bastante bien en Deconstruyendo a Darwin, ya hace unos años. Colateralmente, estos genes Hox, que básicamente codifican relaciones espaciales y topológicas, aparte de controlar los límites del crecimiento de cada parte, permitirían cambios importantes de anatomía -incluso de plan corporal- de una tacada mediante mutación (afortunada), para alivio de evolucionistas encerrados en algunos callejones sin salida del gradualismo.

RSS feed for comments on this post.

Lo sentimos, esta noticia está ya cerrada a comentarios.