Un trabajo publicado en la revista Cell Reports describe con gran precisión el mapa de la regulación genómica y ofrece nuevas claves para entender las diferencias entre especies animales e incluso el desarrollo de algunas enfermedades. El estudio, liderado por investigadores del Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares Carlos III (Madrid), describe la interacción de cinco proteínas del sistema Hox, esenciales para el desarrollo del embrión.
¿Cómo es posible que humanos e insectos seamos tan diferentes si nuestro genoma es muy parecido? Los últimos avances en genética están resolviendo esta pregunta, y la clave se encuentra en la forma en la que cada especie regula la función de sus genes. Durante el desarrollo embrionario tienen lugar diversos procesos que llevan, desde una única célula, a la formación de un ser independiente con todos sus órganos y sistemas funcionando de forma coordinada. Por sucesivas divisiones, el cigoto o primera célula resultante de la fecundación da paso a numerosas células que se organizan en el espacio y, en función de su posición en el embrión, activan unos grupos de genes u otros para formar tejidos especializados.
En la imagen vemos como se produce la división celular en el cigoto tras su fecundación
En este proceso de especialización tiene mucho que decir el sistema genético de las proteínas Hox y sus cofactores, que permiten establecer la orientación del eje cabeza-cola y los lugares de formación de los distintos órganos. En el nuevo estudio, los científicos han analizado miles de regiones del genoma donde se unen los cofactores de las proteínas Hox. “Este trabajo proporciona por primera vez un completo catálogo de las regiones del genoma reguladas por las proteínas Hox y permitirá entender cómo se genera la diversidad celular y su organización en tejidos y órganos de forma correcta”, ha explicado Daniel Mateos, uno de los autores.
¿Cómo es posible que humanos e insectos seamos tan diferentes si nuestro genoma es muy parecido? Los últimos avances en genética están resolviendo esta pregunta, y la clave se encuentra en la forma en la que cada especie regula la función de sus genes. Durante el desarrollo embrionario tienen lugar diversos procesos que llevan, desde una única célula, a la formación de un ser independiente con todos sus órganos y sistemas funcionando de forma coordinada. Por sucesivas divisiones, el cigoto o primera célula resultante de la fecundación da paso a numerosas células que se organizan en el espacio y, en función de su posición en el embrión, activan unos grupos de genes u otros para formar tejidos especializados. 
En la imagen vemos como se produce la división celular en el cigoto tras su fecundaciónEn este proceso de especialización tiene mucho que decir el sistema genético de las proteínas Hox y sus cofactores, que permiten establecer la orientación del eje cabeza-cola y los lugares de formación de los distintos órganos. En el nuevo estudio, los científicos han analizado miles de regiones del genoma donde se unen los cofactores de las proteínas Hox. “Este trabajo proporciona por primera vez un completo catálogo de las regiones del genoma reguladas por las proteínas Hox y permitirá entender cómo se genera la diversidad celular y su organización en tejidos y órganos de forma correcta”, ha explicado Daniel Mateos, uno de los autores.
GENES SIMILARES, DIFERENTES REGULACIONES.
El trabajo ha demostrado que, a pesar de que el genoma de los mamíferos es parecido al de otros grupos animales como los insectos, muestra una complejidad mucho mayor en sus funciones. En concreto, se ha encontrado que las homeoproteínas del tipo TALE Meis1, Meis2, Prep1, Prep2 y Pbx1, que hasta ahora se pensaba que funcionaban de forma similar a las de los insectos, tienen otras funciones independientes de Hox, y podrían tener un papel en el desarrollo de tumores. Por ejemplo, mientras que Meis1 activa el cáncer, Prep1 lo inhibe. Estos estudios pueden por tanto ayudar a identificar los mecanismos moleculares responsables de la formación de tumores. “El estudio ha permitido además la detallada descripción de las pequeñas secuencias de “palabras” de ADN que estas proteínas seleccionan entre los aproximadamente 3 billones de “letras” que contiene nuestro genoma”, ha explicado Miguel Torres, coordinador del trabajo. “Estos avances permitirán entender cómo los distintos Hox seleccionan sus genes diana, y de este modo profundizar en su función biológica, tanto en condiciones normales como patológicas”, ha concluido.
El trabajo ha demostrado que, a pesar de que el genoma de los mamíferos es parecido al de otros grupos animales como los insectos, muestra una complejidad mucho mayor en sus funciones. En concreto, se ha encontrado que las homeoproteínas del tipo TALE Meis1, Meis2, Prep1, Prep2 y Pbx1, que hasta ahora se pensaba que funcionaban de forma similar a las de los insectos, tienen otras funciones independientes de Hox, y podrían tener un papel en el desarrollo de tumores. Por ejemplo, mientras que Meis1 activa el cáncer, Prep1 lo inhibe. Estos estudios pueden por tanto ayudar a identificar los mecanismos moleculares responsables de la formación de tumores. “El estudio ha permitido además la detallada descripción de las pequeñas secuencias de “palabras” de ADN que estas proteínas seleccionan entre los aproximadamente 3 billones de “letras” que contiene nuestro genoma”, ha explicado Miguel Torres, coordinador del trabajo. “Estos avances permitirán entender cómo los distintos Hox seleccionan sus genes diana, y de este modo profundizar en su función biológica, tanto en condiciones normales como patológicas”, ha concluido.
Por otro lado los investigadores en Suiza y Estados Unidos han identificado un fragmento de un gen que parece ser común a los seres humanos, moscas, gusanos de tierra, pollos y ranas. El fragmento está contenido en varios genes que se han demostrado su control en el desarrollo estructural de los insectos, y se sospecha que puede desempeñar un papel similar en el desarrollo de los seres humanos y otros vertebrados. El descubrimiento fue descrito por el Dr. Gary Struhl, profesor de bioquímica de la Universidad de Harvard, como ''notable e inesperado''. Puede que, añadió,'' llegar a ser un gran avance en la comprensión del desarrollo de vertebrados.'' Una variedad de defectos congénitos en humanos presumiblemente tienen su origen en las fallas del control genético del desarrollo embrionario. Un fragmento vinculado al desarrollo en moscas de la fruta, cuya genética se han estudiado intensamente, recién ha sido identificado y se produce dentro de los genes que controlan el desarrollo de la estructura segmentada característica de esos insectos. Cuando estos genes están dañados, los segmentos pueden ser interrumpidos, provocando, por ejemplo, que los pies puedan aparecer en el lado equivocado del insecto. Según el Dr. Struhl, el hecho de que un fragmento similar se produce en la maquinaria genética de vertebrados podría significar que también desempeña un papel en su desarrollo. Esto lo detalla en un comentario publicado en la edición de hoy de la revista Nature'', que muchos de los principios que rigen el desarrollo de segmentos de insectos podrían tener sus contrapartes directas en sistemas vertebrados''. Recientemente reportado estudios genéticos por el Dr. Struhl y otros se han concentrado en especies de mamíferos, insectos, gusanos anélidos, aves y anfibios. Se sospecha, que los miembros de las diferentes clases de animales comparten el mismo mecanismo genético. En el desarrollo de los Insectos, el crecimiento de las diversas partes de un insecto, tales como el tórax o el abdomen, es controlada por los genes específicos. Si algunos de estos genes están alterados, los segmentos torácicos de donde nacen las piernas podrían desarrollarse desde el abdomen. Según lo explicado por el Dr. Allen Laughon de la Universidad de Colorado, co-autor de uno de los dos informes en la revista Nature sobre los sucesos generalizados de las secuencias genéticas especiales, cada segmento de un insecto, en la primera etapa de desarrollo, parece por igual y todos contienen la información genética necesaria para fabricar cualquiera de los segmentos de adultos, tales como el tórax o en el abdomen. A través de un mecanismo que no ha sido totalmente explicado, un gen que le dice a cada segmento aparentemente idéntico, cuál ha de ser el camino de desarrollo a tomar. En el desarrollo normal, cada segmento se diferencia, en algunos casos, tales como una mosca, en muy diversos segmentos cada uno con una función diferente, y en otros insectos, tales como orugas, en los que sus segmentos son casi idénticos. Gran parte de este conocimiento ha llegado a partir del estudio de la mosca de la fruta de la especie Drosophila melanogaster, durante mucho tiempo un favorito de los genetistas porque las moscas se reproducen rápidamente.
(Drosophila melanogaster) Mosca de la Fruta
William Bateson, quien fundó y nombró a la ciencia de la genética, reconoció que los embriones de seres humanos y otros vertebrados se desarrollan de una manera segmentada, con células inicialmente idénticas diferenciación en órganos especializados, pero se supuso que esto no tenía ninguna relación evolutiva a la segmentación en los insectos . Este punto de vista, el Dr. Struhl indicado, puede que tenga que ser revisado. Mientras que la segmentación en los seres humanos se vuelve menos manifestarse como embriones se desarrollan diferentes órganos, en los adultos es todavía evidente, por ejemplo, en las secuencias repetidas de estructuras tales como vértebras, costillas y los ganglios espinales del sistema nervioso central. El Dr. Laughon observó que los segmentos repetidos son también parte de la estructura del sistema nervioso de moscas de la fruta. En el uso de métodos de empalme genético, los investigadores han aislado el gen de la mosca de la fruta que controla el desarrollo del tórax, así como otro que controla el desarrollo de las antenas y los pies. Los mensajes en los genes dicen cómo desarrollar células que son extremadamente largas, codificado en varios cientos de miles de pares de bases las señales químicas que llevan el mensaje. El archivo de la información genética que controla el crecimiento y la estructura, así como la transmisión de dicha información a la generación siguiente, se codifica, en la forma de pares de bases, en los genes, extremadamente largas moléculas de ADN. La secuencia de pares de bases determina la estructura de las proteínas sintetizadas durante el crecimiento. Las secuencias cortas y repetidas según lo informado por el Dr. Laughon y Dr. Matthew P. Scott en la revista Nature, el tórax-y los genes que controlan la antena, y un gen que establecen el patrón segmento original, todas las breves secuencias de acción son de aproximadamente 180 pares de bases que son casi idénticos. Es estas secuencias cortas que ahora se han encontrado para ser repetido, idénticos en diversos grados, en muchos organismos superiores. Aún incierto, incluso en moscas de la fruta, de acuerdo con el Dr. Laughon y el Dr. Scott, es cómo esos genes ejercen su control. Tampoco está claro qué tarea es realizada por el corto segmento del gen que también se produce en los animales más complejos, a pesar de que probablemente está relacionado con el control del desarrollo. Se sospecha que los genes que controlan el desarrollo de las proteínas que sintetizan a continuación, se unen a partes de la molécula de ADN de una manera que controla la secuencia de etapas durante el desarrollo de un organismo. Este punto de vista, el Dr. Laughon y el Dr. Scott refuerzan las sospechas que tenían al observar a tales uniones de ADN, observado en las proteínas bacterianas. En la cuestión de la naturaleza que contiene el informe por el Dr. Laughon y el Dr. Scott, un grupo de la Universidad de Basilea en Suiza revelan la existencia de una proteína similar en las células de levadura que se reproducen por apareamiento. Esto sugiere que el origen del mecanismo de control se encuentra muy atrás en la historia de la vida.
El grupo de Basilea, ha publicado en la revista Cell las pruebas de la aparición de las ranas, lombrices, escarabajos, pollos, ratones y seres humanos de un fragmento del gen similar a la que encontramos en moscas de la fruta y vinculado a su desarrollo. En el caso de las ranas que aparece en un gen que controla el crecimiento muy temprano. La extrema conservación de este mensaje genético a través de la larga historia evolutiva que une las moscas y ranas, escribieron, sugiere que tiene ''una función vital en el control del desarrollo de la primera''.'' Es, por supuesto, es posible'', agregaron, que las similitudes genéticas entre las moscas, las ranas y las células de levadura'' podrían ser todos los eventos casuales, y se necesita más información sobre los tres sistemas - mosca, la rana y la levadura - demostrar lo contrario.'' Sin embargo, llamaron a las semejanzas notables''.'' La posibilidad también es que la mecánica del desarrollo humano pueden ser básicamente diferentes jinetes de la mecánica del desarrollo de los insectos, aunque los puntos de búsqueda en contrario.
Los autores del informe del grupo de Basilea en la naturaleza eran CW John Shepherd, William McGinnis, Andrés E. Carrasco, Eddy M. De Robertis y Walter J. Gehring.
HUMANOS E INSECTOS COMPARTEN ESTRUCTURAS ORGÁNICAS SEMEJANTES... PARA ESCUCHAR
Un saltamontes de la selva tiene oídos que han evolucionado para ser semejantes a los de los humanos y otros mamíferos. El órgano de la audición de los insectos, aunque escondido en el hueco de sus patas delanteras, tiene componentes que hacen eco de las estructuras de nuestro propio medio y el oído interno, revelaron los investigadores Laughon y el Dr. Scott. En los seres humanos la parte externa del oído recoge sonido olas y los embudos hacia la delgada membrana del tímpano, también llamada la membrana timpánica. Las vibraciones del tímpano se traducen las ondas de presión de sonido de los tres huesos más pequeños en nuestro cuerpo-el martillo, yunque y estribo huesos-que sacuden contra un órgano dentro de nuestras cabezas llamado cóclea en forma de concha, cuyas curvas están alineados con los pelos sensoriales de células. Con la ayuda de huecesillos inmersos en líquido se agitan dentro del órgano y desencadenan la estimulacion de estas células, que envían señales al cerebro a través del nervio auditivo. Las células ciliadas que responden a las frecuencias altas están más cerca del origen de la propagación de la onda y las células que responden a las bajas frecuencias se encuentran más profundamente dentro de la cóclea. El insecto conocido como el Copiphora gorgonensis que es un saltamontes de color amarillo-anaranjado-hecho frente de la isla de Gorgona en Colombia. El órgano de la audición del insecto comprende una membrana del tímpano que se conecta a una placa delgada cutícula. Las ondas sonoras que mecen el tímpano y por lo tanto la placa de la cutícula como un balancín. Pero el balancín está desequilibrado, con el punto de apoyo más cercano a un extremo. Esta configuración traduce los movimientos más grandes de las ondas de presión de aire a los pequeños movimientos, más potentes en la placa de la cutícula. La placa crea ondas en una cámara llena de líquido similar a una cóclea humana.
(Traducción del pie de foto): Gráfico: Marissa Fessenden
Fuentes: La evolución convergente en las estructuras auditivas entre insectos y mamiferos,
por Fernando Montealegre de la revista Science vol. 338, Noviembre 16, 2012; "Audición Evolutiva Convergente", por Ronald R. Hoy, en la revista Science, vol. 338, Noviembre 16, 2012; www.virtualmedicalcentre.com
Dentro de esta cámara de células sensoriales se organizan como un teclado de la sensibilidad de baja frecuencia. La placa de la cutícula juega el mismo papel que el martillo pequeño, el yunque y el estribo del oído de los mamíferos, pero en miniatura.
El oído del saltamontes se mide aproximadamente 600 micras, una investigación del Reino Unido basados en los informes del equipo en la edición del 16 de noviembre de la revista Cience. (Un micra es una millonésima parte de un metro). El gorgonensis está exquisitamente evolucionado su oído puede ayudar a evitar los depredadores, dice Fernando Montealegre-Z, un biólogo sensorial ahora en la Universidad de Lincoln en Inglaterra y autor principal del estudio. Estos saltamontes al comunicarse usan ultrasonidos, un rango demasiado alto para la mayoría de los oídos de los animales en todo el mundo y por lo tanto la mayoría de los depredadores potenciales. Las frecuencias a las que sus células sensoriales corresponden rango de 10 a 50 kilohercios. Una sección medible en 40 micras de longitud es todo lo que es necesario escuchar compañeros saltamontes, que cantan en torno al 23 kilohercios. Este hallazgo sugiere que el saltamontes puede escuchar una amplia gama de sonidos de alta frecuencia, probablemente incluyendo las llamadas de ecolocación de los murciélagos en la búsqueda de una comida." El hallazgo es otra notable demostración de la evolución convergente", dice Ron Hoy, profesor de neurobiología y comportamiento en la Universidad de Cornell, que no participó en el trabajo. Él explica que el sonido viaja bien a través del aire, pero cuando se encuentra con una interfaz fluida la mayoría de las ondas sonoras rebotan en su superficie. Debido a que las células sensoriales deben ser bañadas en el líquido para evitar la desecación, sin embargo, los órganos auditivos tuvieron que evolucionar estructuras para superar esta barrera. Exactamente cómo este problema se evitó en la evolución de los insectos fue un misterio hasta ahora. "En realidad es el primer reporte de cómo los insectos moverse por esto", dice. Aunque saltamontes son los únicos insectos con este tipo de oído, Hoy dice que le sorprendería si los científicos no encontraran otros ejemplos. Escribió un comentario para acompañar el nuevo informe.Montealegre-Z también está interesado en una segunda especie de saltamontes que pueden detectar ondas sonoras entre 10 y 160 kHz utilizando únicamente 14 células sensoriales. Él no sabe si estas células están de alguna manera responden a múltiples frecuencias o si el saltamontes vez oye una traducción sencilla de la gama acústica completa. La eficiencia de este pequeño sistema podría inspirar a los ingenieros crear microsensores basados en el diseño del oído del saltamontes, dice. Algunos microsensores ya se utilizan en los audífonos direccionales, Hoy explica que los sensores inspirados en los saltamontes podrían ser menos frágiles, más pequeños y más sensibles, estimulando así las aplicaciones no hemos pensado todavía. "¿Quién sabe lo que podría estar en manos de un ingeniero imaginativo?" , dice.
Fuentes:
http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=bug-eared-human-and-insect
Para saber más visiten:
http://noticias.lainformacion.com/salud/genetica/dibujan-un-mapa-de-regulacion-genomica-que-puede-ayudar-a-identificar-los-mecanismos-moleculares-del-cancer_gzMqqEDiLbK4le4Hj6XEN/
Para saber más visiten:
http://noticias.lainformacion.com/salud/genetica/dibujan-un-mapa-de-regulacion-genomica-que-puede-ayudar-a-identificar-los-mecanismos-moleculares-del-cancer_gzMqqEDiLbK4le4Hj6XEN/
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