Genes que hacen alas y brazos

Resulta difícil de imaginar cómo de una única célula después de una serie de divisiones y diferenciaciones surge un organismo completo. ¿Qué ocurre durante la embriogénesis? ¿Cómo sabe una célula embrionaria que va a pertenecer a la cabeza y no a un apéndice del cuerpo? La clave está en los genes.

El desarrollo es un proceso regulado por determinados genes. Durante la embriogénesis todas las células tienen casi los mismos genes. Las diferencias entre distintas partes del cuerpo se deben a que la expresión de los genes del desarrollo varía en cada parte del organismo. Unos 50 destacados especialistas participantes en las jornadas sobre desarrollo y evolución organizadas la pasada semana por la Fundación Juan March en Madrid debatieron sobre los últimos descubrimientos en esta materia.

El desarrollo se caracteriza por la acción en cascada de diferentes tipos de genes: se activa un grupo de genes, cuyo producto activa el siguiente grupo y así sucesivamente. Los primeros genes importantes para el desarrollo no se encuentran en el embrión, sino que son maternos. Estos genes dan lugar a productos que quedarán en el citoplasma del huevo de forma heterogénea. En unas partes del citoplasma hay mayor cantidad de estos productos que en otras. La madre ha dejado, mediante estos gradientes, la información de los primeros ejes de polaridad en el huevo.

Los siguientes genes implicados en la embriogénesis pertenecen al propio embrión. Reconocen los gradientes del citoplasma y se activan de forma jerárquica. El proceso general está muy estudiado en la mosca de la fruta Drosophila. En ésta, los primeros genes embrionarios que se activan se llaman de segmentación, porque generan los patrones de los segmentos del embrión.

La célula sabe dónde está

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 célula y de que ésta sepa dónde se encuentra. Saben distinguir la posición en la que están 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 erróneos. Los productos a los que dan lugar los hox controlan la transcripción de diversos genes estructurales, que son los últimos de esta compleja cadena jerárquica. Estos genes estructurales se encargan de la morfología final del organismo. Juan Carlos Izpisúa, del The Salk Institute de California (EE UU), se lamentó durante las jornadas de lo poco que se conoce de estos últimos genes. Afirma este científico español, recientemente galardonado por Bill Clinton con el Premio Presidencial a Jóvenes Científicos e Ingenieros, que la mayoría de estos genes aún no están identificados ni esclarecidos sus mecanismos de acción.

Los mecanismos básicos del desarrollo animal están muy conservados entre las diferentes especies. Así 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 homóloga, como el brazo. El ala se formará con normalidad, ya que la señal inicial es común en todos los organismos. Este tipo de experimentos ha permitido demostrar el ojo sólo apareció una vez: hasta hace poco se pensaba que el ojo compuesto de los insectos había evolucionado de manera independiente del ojo simple de los vertebrados. Pero se descubrió que el desarrollo del ojo se debe a un gen hox, presente tanto en humanos como en insectos.

Debido a estas similitudes en la embriogénesis temprana de los diferentes grupos, se especula con que el programa genético del desarrollo es ancestral." Ginés Morata, del Centro de Biología Molecular (CSIC-Universidad Autónoma de Madrid), atribuye la Explosión del Cámbrico, hace 450 millones de años, a la aparición de los genes hox. Casi todos los grupos animales surgieron en el Cámbrico inferior en unos 20 millones de años, un periodo muy corto en términos de evolución. La gran diversidad entre los organismos quizás se deba a sutiles cambios en la expresión de algunos de los genes del desarrollo. El conocimiento del mecanismo básico del desarrollo ha permitido esclarecer muchas vías de la evolución. Antonio García-Bellido, del Centro de Biología Molecular, destacó al final de las jornadas que el estudio de la biología del desarrollo y el de la evolución tienen que ir unidos para obtener una visión clara.

'Dolly' y genes en adultos

Izpisúa explicó a este periódico, por su parte, que se están realizando experimentos muy interesantes sobre cambios de posición de los genes hox dentro de un mismo cluster. Se sustituye, por ejemplo, el primer gen hox por el último. Cuando gen del principio del cluster se cambia por uno trasero, normalmente no se observan alteraciones en la morfología del animal, pero en el caso contrario sí: los genes posteriores parecen tener mayor influencia que los anteriores. Se desconoce el significado de estos hechos. Resalta Izpisúa que aún quedan muchas incógnitas por resolver. Una de ellas es averiguar la función que cumplen los genes hox en los animales adultos. Por ahora, lo único que se sabe es que en éstos también se expresan.Reconoce Izpisúa que en las jornadas no se ha mencionado a Dolly, la oveja clónica obtenida a partir de una célula ya diferenciada, algo que se consideraba no posible. Cree que la célula ha tenido que pasar por un proceso de desdiferenciación para poder iniciar la embriogénesis de nuevo.