NeoFronteras

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.

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.