Genes que hacen alas y brazos

Resulta dif¨ªcil de imaginar c¨®mo de una ¨²nica c¨¦lula despu¨¦s de una serie de divisiones y diferenciaciones surge un organismo completo. ?Qu¨¦ ocurre durante la embriog¨¦nesis? ?C¨®mo sabe una c¨¦lula embrionaria que va a pertenecer a la cabeza y no a un ap¨¦ndice del cuerpo? La clave est¨¢ en los genes.

El desarrollo es un proceso regulado por determinados genes. Durante la embriog¨¦nesis todas las c¨¦lulas tienen casi los mismos genes. Las diferencias entre distintas partes del cuerpo se deben a que la expresi¨®n de los genes del desarrollo var¨ªa en cada parte del organismo. Unos 50 destacados especialistas participantes en las jornadas sobre desarrollo y evoluci¨®n organizadas la pasada semana por la Fundaci¨®n Juan March en Madrid debatieron sobre los ¨²ltimos descubrimientos en esta materia.

El desarrollo se caracteriza por la acci¨®n en cascada de diferentes tipos de genes: se activa un grupo de genes, cuyo producto activa el siguiente grupo y as¨ª sucesivamente. Los primeros genes importantes para el desarrollo no se encuentran en el embri¨®n, sino que son maternos. Estos genes dan lugar a productos que quedar¨¢n en el citoplasma del huevo de forma heterog¨¦nea. En unas partes del citoplasma hay mayor cantidad de estos productos que en otras. La madre ha dejado, mediante estos gradientes, la informaci¨®n de los primeros ejes de polaridad en el huevo.

Los siguientes genes implicados en la embriog¨¦nesis pertenecen al propio embri¨®n. Reconocen los gradientes del citoplasma y se activan de forma jer¨¢rquica. El proceso general est¨¢ muy estudiado en la mosca de la fruta Drosophila. En ¨¦sta, los primeros genes embrionarios que se activan se llaman de segmentaci¨®n, porque generan los patrones de los segmentos del embri¨®n.

La c¨¦lula sabe d¨®nde est¨¢

Unos genes de gran importancia para el desarrollo son los genes hox, presentes en todos los grupos animales estudiados hasta hoy. Los genes hox son los responsables de la especificidad de la c¨¦lula y de que ¨¦sta sepa d¨®nde se encuentra. Saben distinguir la posici¨®n en la que est¨¢n e interpretarla. Son como el software de un ordenador, que establece la estrategia general.En organismos con mutaciones en los genes hox aparecen estructuras del cuerpo en lugares err¨®neos. Los productos a los que dan lugar los hox controlan la transcripci¨®n de diversos genes estructurales, que son los ¨²ltimos de esta compleja cadena jer¨¢rquica. Estos genes estructurales se encargan de la morfolog¨ªa final del organismo. Juan Carlos Izpis¨²a, del The Salk Institute de California (EE UU), se lament¨® durante las jornadas de lo poco que se conoce de estos ¨²ltimos genes. Afirma este cient¨ªfico espa?ol, recientemente galardonado por Bill Clinton con el Premio Presidencial a J¨®venes Cient¨ªficos e Ingenieros, que la mayor¨ªa de estos genes a¨²n no est¨¢n identificados ni esclarecidos sus mecanismos de acci¨®n.

Los mecanismos b¨¢sicos del desarrollo animal est¨¢n muy conservados entre las diferentes especies. As¨ª se puede sustituir, por ejemplo en Drosophila, un gen hox responsable del desarrollo del ala por un gen hox humano implicado en el desarrollo de una estructura hom¨®loga, como el brazo. El ala se formar¨¢ con normalidad, ya que la se?al inicial es com¨²n en todos los organismos. Este tipo de experimentos ha permitido demostrar el ojo s¨®lo apareci¨® una vez: hasta hace poco se pensaba que el ojo compuesto de los insectos hab¨ªa evolucionado de manera independiente del ojo simple de los vertebrados. Pero se descubri¨® que el desarrollo del ojo se debe a un gen hox, presente tanto en humanos como en insectos.

Debido a estas similitudes en la embriog¨¦nesis temprana de los diferentes grupos, se especula con que el programa gen¨¦tico del desarrollo es ancestral." Gin¨¦s Morata, del Centro de Biolog¨ªa Molecular (CSIC-Universidad Aut¨®noma de Madrid), atribuye la Explosi¨®n del C¨¢mbrico, hace 450 millones de a?os, a la aparici¨®n de los genes hox. Casi todos los grupos animales surgieron en el C¨¢mbrico inferior en unos 20 millones de a?os, un periodo muy corto en t¨¦rminos de evoluci¨®n. La gran diversidad entre los organismos quiz¨¢s se deba a sutiles cambios en la expresi¨®n de algunos de los genes del desarrollo. El conocimiento del mecanismo b¨¢sico del desarrollo ha permitido esclarecer muchas v¨ªas de la evoluci¨®n. Antonio Garc¨ªa-Bellido, del Centro de Biolog¨ªa Molecular, destac¨® al final de las jornadas que el estudio de la biolog¨ªa del desarrollo y el de la evoluci¨®n tienen que ir unidos para obtener una visi¨®n clara.

'Dolly' y genes en adultos

Izpis¨²a explic¨® a este peri¨®dico, por su parte, que se est¨¢n realizando experimentos muy interesantes sobre cambios de posici¨®n de los genes hox dentro de un mismo cluster. Se sustituye, por ejemplo, el primer gen hox por el ¨²ltimo. Cuando gen del principio del cluster se cambia por uno trasero, normalmente no se observan alteraciones en la morfolog¨ªa del animal, pero en el caso contrario s¨ª: los genes posteriores parecen tener mayor influencia que los anteriores. Se desconoce el significado de estos hechos. Resalta Izpis¨²a que a¨²n quedan muchas inc¨®gnitas por resolver. Una de ellas es averiguar la funci¨®n que cumplen los genes hox en los animales adultos. Por ahora, lo ¨²nico que se sabe es que en ¨¦stos tambi¨¦n se expresan.Reconoce Izpis¨²a que en las jornadas no se ha mencionado a Dolly, la oveja cl¨®nica obtenida a partir de una c¨¦lula ya diferenciada, algo que se consideraba no posible. Cree que la c¨¦lula ha tenido que pasar por un proceso de desdiferenciaci¨®n para poder iniciar la embriog¨¦nesis de nuevo.