En la región distal de las aletas se activa un interruptor que proviene del genoma del ratón

Uno de los hitos más importantes en la evolución ha sido la transición de los animales acuáticos a los animales terrestres, lo que permitió a éstos conquistar un ecosistema totalmente nuevo y evolucionar hasta los mamíferos, entre ellos el hombre. Un aspecto clave en dicha transición fue el desarrollo de la parte más distal de las extremidades que incluye la muñeca y los dedos. Estas estructuras están claramente desarrolladas en los animales terrestres, pero no se han detectado en los peces.

En un estudio publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) dirigido por el paleontólogo y divulgador científico Neil Shubin, de la Universidad de Chicago, en el que colabora el investigador José Luis Gómez Skarmeta, del Centro Andaluz de Biología del Desarrollo (CSIC, Junta de Andalucía y Universidad Pablo de Olavide de Sevilla), se combinan diferentes técnicas de última generación para demostrar que en peces existen evidencias moleculares de que las regiones más distales de las aletas son precursoras de estructuras de dedos.

La clave del trabajo ha sido comparar las región de los genes Hox (esenciales para la formación de las extremidades) entre los genomas del pejelagarto pinto (Lepisosteus oculatus) y de ratón. En estudios anteriores se había hecho este tipo de comparaciones pero usando genomas de peces teleósteos (pez zebra, pez medaka o pez fugu). Estos peces experimentaron en su origen evolutivo una duplicación adicional del genoma lo que en muchos casos dificulta detectar regiones de ADN similares a las de los ratones. El pejelagarto pinto es un pez más ancestral que no tiene dicha duplicación y por tanto su genoma tiene más similitudes con los ratones a nivel de secuencias.

Usando el genoma de pejelagarto pinto, los investigadores han detectado unas secuencias en el genoma de este muy similares a las que existen en ratones y que actúan como interruptores encendiendo a los genes Hox, o lo que es lo mismo, activando su expresión, en la región que da lugar a los dedos en ratones. Estos interruptores se denominan elementos reguladores y son capaces en ratón de funcionar tal como lo hacen las secuencias del propio ratón, activando a los genes en la región de los dedos. Una vez identificadas estas regiones en el pejelagarto, es mucho más fácil encontrarlas en peces cebra. De hecho,  cuando se prueban en peces, tanto las secuencias de ratón como la de los peces, funcionan de la misma forma  activando la expresión en la parte más distal de las aletas. Esto sugiere que la parte distal de las aletas se corresponde con la región de los dedos de los ratones, explica el doctor Gómez Skarmeta.

¿Por qué los peces no tienen dedos tal como los que vemos en ratones o humanos? La respuesta es que para la formación de los dedos que vemos en los organismos terrestres, y de la muñeca, una estructura muy importante para poder desplazarse por la tierra, posiblemente fue necesario aumentar los niveles de los genes Hox. De hecho, en ratones hay bastantes más interruptores que los que se pueden detectar en peces, todos ellos activando al mismo tiempo los genes Hox. El escenario más posible es que el aumento del número de regiones reguladoras que controlan la expresión de los genes Hox incrementó sus niveles y favoreció con ello la formación de dichas estructuras. “¡Lo maravilloso es que los peces ya estaban preparados para dicha evolución!”, concluye Gómez Skarmeta.

Deep conservation of wrist and digit enhancers in fish

Andrew R. Gehrke, Igor Schneider, Elisa de la Calle-Mustienes, Juan J. Tena, Carlos Gomez-Marin, Mayuri Chandran, Tetsuya Nakamura, Ingo Braasch, John H. Postlethwait, José Luis Gómez Skarmeta, Neil H. Shubin