La evolución de la complejidad de los organismos y la diversidad de especies depende de la aparición de nuevas funciones de los genes. Sin embargo, la evolución raramente produce novedades funcionales de la nada, sino que reutiliza actividades ya existentes. Un estudio coliderado por el Grupo de Investigación en Biología del Desarrollo de la UPF y el Centro Andaluz de Biología del Desarrollo (CABD-CSIC), demuestra la primera evidencia de cómo el reordenamiento de elementos reguladores génicos conservados permite generar nuevos mecanismos del desarrollo basados en adaptaciones ecológicas.

Barreras mecánicas de actomiosina

En los vertebrados el Sistema Nervioso Central se forma a partir de una estructura embrionaria que se divide en tres vesículas cerebrales y la médula espinal. El rombencéfalo es la vesícula cerebral más posterior, que alberga funciones tan importantes como la respiración o el control del ritmo cardiaco. Durante el desarrollo embrionario el rombencéfalo se divide en siete metámeros llamados rombómeros, donde se generan progenitores neuronales que darán lugar a neuronas con funciones específicas.

“En un estudio previo  demostramos que existían cables de actomiosina en las fronteras entre rombómeros que actúan como barreras mecánicas permitiendo así que los distintos linajes neuronales se mantengan segregados”, comenta Cristina Pujades, investigadora principal del Departamento de Ciencias Experimentales y de la Salud (DCEXS) de la UPF y coautora del trabajo.

Origen evolutivo

En este nuevo estudio, publicado en la revista PNAS, han desvelado el origen evolutivo de este sistema de segregación celular. “Hemos descubierto que la aparición, hace más de 200 millones de años, de una reordenación cromosómica en una gran familia de peces de agua dulce resultó en la reutilización de un grupo de genes (rac3b/rfng/sgca) en este sistema de segmentación del rombencéfalo”, explican Pujades y Martínez-Morales.

Combinaron estudios biológicos funcionales con análisis de genómica funcional y edición genómica en peces cebra para demostrar que los genes en cluster rac3b/rfng/sgca se expresan específicamente en las fronteras romboméricas gracias al establecimiento de nuevas interacciones de elementos reguladores mediante un reordenamiento cromosómico.

“Nuestros datos sugieren que el desarrollo embrionario acelerado que se observa en este grupo de peces —los embriones del pez cebra eclosionan en tan sólo 48 horas— puede haber impulsado la aparición de nuevos programas genéticos en el rombencéfalo, demostrando la importancia de la organización cromosómica en el desarrollo de funciones biológicas especificas”, concluyen los investigadores Javier Terriente, Ivan Belzunce y Adria Voltes, del grupo de Cristina Pujades.

En este estudio también han participado científicos del Instituto de Neurociencias de París-Saclay y la Universidad Pablo de Olavide.

Artículo de referencia:

Letelier, J, Terriente, J, Belzunce, I, Voltes, A, Undurraga, C, Polvillo, R, Devos, L, Tena, J, Maeso, I, Retaux, S, Gomez-Skarmeta, JL, Martinez-Morales, JR, Pujades, C. The evolutionary emergence of the rac3b/rfng/sgca regulatory cluster refined mechanisms for hindbrain boundaries formation. PNAS, March 2018.