Considere la maravilla de ingeniería que es su pie. Ya sea velludo u hogareño, sin su soporte sólido, sería difícil caminar o saltar normalmente.
Ahora, los investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de Stanford y el Instituto HudsonAlpha de Biotecnología en Huntsville, Alabama, han identificado un cambio en la expresión génica entre humanos y primates que puede habernos ayudado a darnos esta ventaja a la hora de caminar erguidos. YLo hicieron estudiando un pequeño pez llamado espinoso trepapino que ha desarrollado estructuras esqueléticas radicalmente diferentes para adaptarse a entornos de todo el mundo.
"Es algo inusual tener un proyecto de investigación que abarque desde peces hasta humanos, pero está claro que ajustar los niveles de expresión de moléculas llamadas proteínas morfogenéticas óseas puede provocar cambios significativos no solo en la armadura esquelética del espinoso,pero también en el desarrollo de los miembros posteriores de los humanos y los primates ", dijo David Kingsley, PhD, profesor de biología del desarrollo en Stanford." Este cambio es probablemente parte de la razón por la cual hemos evolucionado de tener un pie trasero como un chimpancéa una estructura de soporte de peso que nos permite caminar sobre dos piernas ".
Kingsley, quien también es investigador del Instituto Médico Howard Hughes, es el autor principal de un artículo que describe el trabajo que se publicará en línea el 7 de enero Celda . El autor principal es el ex erudito postdoctoral de Stanford Vahan Indjeian, PhD, ahora jefe de un grupo de investigación en el Imperial College de Londres.
Adaptación a diferentes entornos
El espinoso de la espina dorsal es notable porque ha evolucionado para tener muchas estructuras corporales diferentes para equiparlo para la vida en diferentes partes del mundo. Tiene un exterior de placas óseas y espinas que actúan como una armadura para protegerlo de los depredadores.En ambientes marinos, las placas son grandes y gruesas; en agua dulce, los peces han evolucionado para tener placas más pequeñas y livianas, tal vez para mejorar la flotabilidad, aumentar la flexibilidad del cuerpo y escapar mejor del alcance de los insectos grandes y hambrientos.sus colegas querían identificar las regiones del genoma de los peces responsables de las diferencias esqueléticas que han evolucionado en las poblaciones naturales.
Los investigadores identificaron el área del genoma responsable de controlar el tamaño de la placa de blindaje, y luego buscaron diferencias allí en 11 pares de peces marinos y de agua dulce con diferentes tamaños de placa de blindaje. Se alojaron en una región que incluye el gen para unmiembro de la familia de proteínas morfogenéticas óseas llamado GDF6. Debido a los cambios en la secuencia reguladora del ADN cerca de este gen, los espinosos de agua dulce expresan niveles más altos de GDF6, mientras que sus primos de agua salada expresan menos.Los investigadores encontraron que los niveles más altos de GDF6 y desarrollaron placas de armadura más pequeñas.
Regiones reguladoras en humanos vs. chimpancés
Kingsley y sus colegas se preguntaron si los cambios en los niveles de expresión de GDF6 también podrían haber contribuido a modificaciones esqueléticas críticas durante la evolución humana. La posibilidad no era tan descabellada como podría parecer. Otros estudios realizados por biólogos evolutivos, incluido Kingsley, han demostrado quePequeños cambios en las regiones reguladoras de genes clave del desarrollo pueden tener profundos efectos en muchos vertebrados.
Comenzaron trabajando con colegas en el laboratorio de Gill Bejerano, PhD, profesor asociado de biología del desarrollo, ciencias de la computación y pediatría de Stanford, para comparar las diferencias en los genomas de chimpancés y humanos. En encuestas anteriores, encontraron más de 500lugares en los que los humanos han perdido regiones reguladoras que se conservan de los chimpancés y muchos otros mamíferos. Dos de ellos ocurren cerca del gen GDF6. Se centraron en uno en particular.
"Esta información reglamentaria se compartió a través de unos 100 millones de años de evolución", dijo Kingsley. "Y, sin embargo, sorprendentemente, esta región no se encuentra en los humanos".
Para obtener más información sobre lo que podría estar controlando la región reguladora GDF6, los investigadores utilizaron el ADN regulador del chimpancé para controlar la producción de una proteína que es fácil de visualizar en ratones. Ratones de laboratorio con el ADN regulador del chimpancé acoplado fuertemente a la proteína indicadoray expresó específicamente la proteína en sus extremidades posteriores, pero no en sus extremidades anteriores, y en sus dedos laterales, pero no en los dedos gordos de las extremidades posteriores. Los ratones genéticamente modificados para carecer de la capacidad de producir GDF6 en cualquier parte de sus cuerpos tenían huesos del cráneoque eran más pequeños de lo normal y sus dedos eran más cortos que los de sus compañeros. Juntos, estos hallazgos dieron a los investigadores una pista de que GDF6 podría desempeñar un papel fundamental en el desarrollo y la evolución de las extremidades.
El dedo gordo del pie: una explicación
El hecho de que a los humanos les falte la región reguladora de las extremidades posteriores probablemente significa que expresamos menos del gen en nuestras piernas y pies durante el desarrollo, pero cantidades comparables en nuestros brazos, manos y cráneos nacientes. Pérdida de esta secuencia reguladora particulartambién acortaría los dedos laterales, pero no el primer dedo del pie. Esto puede ayudar a explicar por qué el dedo gordo está alineado con otros dedos laterales cortos en los humanos. Tal modificación crearía un pie más resistente con el cual caminar erguido.
"Estas proteínas morfogenéticas óseas son señales fuertes para el crecimiento óseo y cartilaginoso en todo tipo de animales", dijo Kingsley.
"Puede desarrollar nuevas estructuras esqueléticas cambiando dónde y cuándo se expresan las señales, y es muy satisfactorio ver principios reguladores similares en acción, ya sea que esté cambiando la armadura de un espinoso o cambiando estructuras específicas de las extremidades posteriores durante la evolución humana"
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Centro médico de la Universidad de Stanford . Original escrito por Krista Conger. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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