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Investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de Kentucky han participado en un nuevo estudio que permite comprender cómo evolucionó el desarrollo de las extremidades en los vertebrados.
Los resultados, publicados en Current Biology el 4 de octubre, identifican un gen que desempeña un papel fundamental en la evolución del desarrollo de las extremidades en los vertebrados. Al manipular este gen en ratones, los investigadores pudieron activar una forma ancestral de desarrollo de las extremidades que se observaba en los primeros tetrápodos (vertebrados de cuatro patas).
En las extremidades de todos los tetrápodos, los huesos de las manos y los pies del borde exterior se forman primero, lo que se conoce como desarrollo postaxial. El estudio se centra en las salamandras, que son la única excepción a esta regla: los huesos de sus extremidades se desarrollan preaxialmente, o desde el borde interior; el pulgar antes que el meñique.
"Durante más de 100 años, los científicos se han preguntado si el desarrollo preaxial evolucionó de forma única en las salamandras", dijo el coautor del estudio, el doctor Randal Voss, profesor de investigación de la Universidad en el Departamento de Neurociencias y director del Centro de Reservas Genéticas de Ambystoma. "Ahora entendemos que es ancestral al modo postaxial visto en todos los demás tetrápodos. Las salamandras no son inusuales, simplemente conservan el mecanismo ancestral de desarrollo de las extremidades de los vertebrados".
Voss, que estudia la capacidad única de las salamandras para regenerar partes del cuerpo, incluidas las extremidades, se asoció con la investigadora principal, la doctora Susan Mackem, del Centro de Investigación del Cáncer del Instituto Nacional del Cáncer, cuya investigación se centra en las redes de señalización implicadas en el desarrollo de las extremidades.
Tanto en ratones como en salamandras axolotl, los investigadores manipularon la función de Gli3, un gen conocido por su importancia en la regulación del patrón de desarrollo de las extremidades. Los ratones con un exceso de actividad represora de Gli3 volvieron al desarrollo preaxial de las extremidades, al igual que las salamandras. Por el contrario, cuando se "eliminó" Gli3 en las salamandras, estas desarrollaron las extremidades postaxialmente, como los ratones y todos los demás tetrápodos.
"En términos evolutivos, lo que hemos hecho en los ratones es recuperar la forma ancestral de desarrollo de las extremidades mediante la manipulación genética, lo que demuestra que Gli3 fue clave para el cambio del desarrollo preaxial observado en los primeros tetrápodos", dijo Voss.
Los resultados son importantes para los biólogos evolutivos y del desarrollo, incluidos los paleontólogos que han identificado recientemente fósiles que apoyan la idea de que el desarrollo preaxial de las extremidades es el modo ancestral de desarrollo de las extremidades en los vertebrados. También aportan información sobre cuestiones evolutivas relativas a la transición de las aletas a medida que los vertebrados adquirían extremidades y pasaban a la tierra.
En el futuro, los hallazgos de este trabajo también ayudarán a responder a preguntas sobre la regeneración de las extremidades, afirma Voss. Las salamandras son uno de los pocos animales cuadrúpedos que pueden regenerar completamente una extremidad después de perderla y los científicos han propuesto que esta capacidad está relacionada con su desarrollo preaxial conservado.
Voss planea ahora estudiar la regeneración de las extremidades en salamandras que su laboratorio manipuló genéticamente para el desarrollo postaxial.
Fuentes, créditos y referencias:
Anna Trofka et al, Genetic basis for an evolutionary shift from ancestral preaxial to postaxial limb polarity in non-urodele vertebrates, Current Biology (2021). DOI: 10.1016/j.cub.2021.09.010