Regulación génica y morfogénesis
Evolución de las redes génicas que controlan la organogénesis
Dr James C.-G. Hombría
Investigador/a Principal Resumen
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Resumen
Nuestro grupo utiliza Drosophila melanogaster para comprender cómo la ruta de señalización JAK/STAT y las proteínas Hox activan las complejas redes génicas que inducen el desarrollo de distintos órganos. Nos interesa especialmente entender cómo estas redes organogenéticas han evolucionado. Para ello estamos analizando las sorprendentes similitudes que existen en la formación de cinco órganos completamente distintos: las glándulas endocrinas que controlan la muda y la metamorfosis de los insectos (el corpora allata y las glándulas protorácicas), los órganos respiratorios (la tráquea y los espiráculos posteriores), y los testículos. Creemos que el estudio comparativo de las redes génicas activadas en estos cinco órganos especializados puede ayudar a entender la evolución de las redes génicas mediante procesos de divergencia y cooptación.
1- Divergencia de las redes génicas durante la evolución de órganos homólogos:
A pesar de tener diferente forma y función, tenemos evidencia genética y de desarrollo indicando que las glándulas endocrinas y las tráqueas evolucionaron por la divergencia de un órgano primitivo repetido presente en todos los segmentos. Hemos observado que las tráqueas, el corpora allata y las glándulas protorácicas se especifican en posiciones homólogas de distintos segmentos, se pueden transformar homeóticamente las unas en las otras, y usan unas redes génicas similares durante la especificación que involucran señalización por JAK/STAT y el input Hox. A pesar de su homología, las glándulas y los primordios traqueales tiene un comportamiento de desarrollo distinto mediado por la activación diferencial del regulador de transición epitelio mesenquima (EMT) Snail en las glándulas, y por el factor de transcripción Trh en las tráqueas. Recientemente, hemos descubierto que un elemento endoesquelético característico de los insectos (el tentorio) se forma en la cabeza a partir de células del mismo grupo de homología. Actualmente estamos analizando los genes compartidos por estas tres redes organogenéticas, así como los genes específicos de órgano cuya activación induce su diversificación.
Hemos encontrado que Abd-B modula en el octavo segmento abdominal (A8) una red génica que incluye varias rutas de señalización y otros factores de transcripción que activan proteínas de adhesión celular, reguladores de la polaridad celular y reguladores del citoesqueleto.
El análisis de esta red génica espiracular descubrió una novedad evolutiva, la activación del gen determinante de segmento posterior, engrailed, en la parte anterior del segmento A8. La expresión de Engrailed se ha restringido en los artrópodos a la parte posterior de cada segmento durante más de 500 millones de años. La comparación de la expresión de Engrailed en otros dípteros muestra que la activación en el compartimento anterior de A8 se originó en los Drosophilidos. Mediante CRISPR/Cas9 hemos delecionado el enhancer que activa la expresión específica anterior de engrailed en A8. A pesar de eliminar la expresión de En del compartimento anterior, la deleción del enhancer no afecta a la organogénesis del espiráculo, pero los machos resultantes son estériles. Hemos observado que Engrailed y el enhancer que activa su expresión en el espiráculo, se expresan en las células cisto del mesodermo testicular adulto que encapsulan los espermatozoides, donde se requieren para su liberación (espermiación). Hemos descubierto que una parte sustancial de la red génica del espiráculo posterior se ha cooptado recientemente a los testículos. Actualmente, estamos investigando cuál es la función de los genes de espiráculo en los testículos y cómo este proceso evolutivo de cooptación ha afectado a la red génica del espiráculo posterior.
