De dónde vienen nuestras extremidades

fibroblastos

Un estudio descubre nuevas pistas sobre el origen de los apéndices emparejados

Una colaboración internacional que incluye a científicos de la Facultad de Medicina de la Universidad de Colorado ha descubierto nuevas pistas sobre el origen de los apéndices emparejados, un importante paso evolutivo que sigue sin resolverse y es muy debatido.

"Este se ha convertido en un tema que genera un poco de controversia, pero en realidad es una pregunta muy fundamental en la biología evolutiva: ¿De dónde vienen nuestras extremidades?", dice el coautor correspondiente Christian Mosimann, profesor asociado y Presidente Johnson en el Departamento de Pediatría, Sección de Biología del Desarrollo en la Facultad de Medicina de la CU.

Esa pregunta, ¿De dónde vienen nuestras extremidades?, ha sido objeto de debate durante más de 100 años. En 1878, el científico alemán Carl Gegenbaur propuso que las aletas emparejadas derivaban de una fuente llamada arco branquial, que son bucles óseos presentes en los peces para sostener sus branquias. Otros científicos favorecen la hipótesis del pliegue lateral de la aleta y concluyen que las aletas laterales en la parte superior e inferior del pez son la fuente de las aletas emparejadas.

"Es un tema de investigación muy activo porque ha sido un desafío intelectual durante mucho tiempo", dice Mosimann. "Muchos grandes laboratorios han estudiado los diversos aspectos de cómo se desarrollan y han evolucionado nuestras extremidades". Entre esos laboratorios se encuentran los colegas y coautores del Dr. Mosimann, Tom Carney, y su equipo de la Escuela de Medicina Lee Kong Chian de la Universidad Tecnológica de Nanyang en Singapur.

Persiguiendo células peculiares

Para Mosimann, la investigación sobre el origen de las extremidades es una derivación de otra investigación realizada por su laboratorio en el campus médico de la CU Anschutz. En su laboratorio, su equipo utiliza el pez cebra como modelo para comprender el desarrollo de las células a los órganos. Él y su equipo estudian cómo las células deciden su destino, buscando explicaciones de cómo el desarrollo puede salir mal y provocar anomalías congénitas, en particular enfermedades cardiovasculares y del tejido conectivo.

En el camino, Mosimann y su equipo de laboratorio observaron cómo un tipo peculiar de célula con características de las células del tejido conectivo, los llamados fibroblastos que comparten un origen de desarrollo con el sistema cardiovascular, migró hacia las aletas en desarrollo específicas del pez cebra. Resulta que estas células pueden respaldar una conexión entre las teorías en competencia de la evolución de apéndices emparejados.

"Siempre supimos que estas células eran extrañas", dice. "Había estas células que parecían fibroblastos que iban a la llamada aleta ventral, la aleta en el vientre del pez cebra en desarrollo. Células de fibroblastos similares no se arrastraron hacia ninguna otra aleta, excepto la aleta pectoral, que es el equivalente de nuestros brazos. Así que seguimos notando estos peculiares fibroblastos, y durante muchos años nunca pudimos entender qué eran".

El laboratorio de Mosimann ha desarrollado varias técnicas para rastrear el destino de las células durante el desarrollo en busca de su tema principal, que es una mejor comprensión de cómo la capa de células embrionarias, llamada mesodermo de la placa lateral, contribuye a diversos órganos. El mesodermo de la placa lateral es el origen del desarrollo del corazón, los vasos sanguíneos, los riñones, el tejido conectivo, así como la mayor parte de las extremidades.

Las aletas emparejadas que forman el equivalente de nuestros brazos y piernas son sembradas por células del mesodermo de la placa lateral, mientras que otras aletas no lo son. Comprender cómo estas aletas en particular se volvieron más parecidas a extremidades ha sido el centro de un debate de larga data.

evolución de aletas emparejadas

Imagen: Hipótesis de la elaboración del PAFF a aletas emparejadas. Escenario evolutivo simplificado de vertebrados que muestra la presencia de un PAFF y modificaciones posteriores que conducen a aletas emparejadas. Las líneas discontinuas y los símbolos de daga indican linajes extintos y las líneas sólidas indican linajes existentes. Las aletas derivadas de PM y los pliegues de las aletas están en cian, mientras que las aletas derivadas de LPM están en rosa. Se eclosiona la larva PAFF. Las flechas negras indican la posición del ano. Crédito: Naturaleza (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-06100-w

Desarrollo de nuevas teorías

Hannah Moran, quien está cursando su doctorado en el programa de Biología Celular, Células Madre y Desarrollo en el laboratorio de Mosimann, adaptó un método para rastrear las células del mesodermo de la placa lateral que contribuyen al desarrollo del corazón para que los investigadores pudieran rastrear los peculiares fibroblastos relacionados con el desarrollo de las extremidades.

"Mi proyecto de investigación principal se centra en el desarrollo del corazón en lugar del desarrollo de las extremidades", dice Moran, "pero había una técnica genética que había adaptado para mapear las primeras células del corazón, así que pudimos implementarla en el mapeo de dónde provenían las misteriosas células de la aleta ventral. Y resulta que también son del mesodermo de la placa lateral".

Este descubrimiento crucial proporciona una nueva pieza de rompecabezas al panorama general de cómo evolucionamos nuestros brazos y piernas. La creciente evidencia apoya una hipótesis de evolución de apéndices emparejados llamada teoría del origen dual.

"Nuestros datos encajan muy bien en esta teoría combinada, pero también pueden valerse por sí solos con la teoría de la aleta lateral", dice Robert Lalonde, becario postdoctoral en el laboratorio de Mosimann. "Si bien los apéndices emparejados surgen del mesodermo de la placa lateral, eso no descarta una antigua conexión con las aletas laterales no emparejadas".

Al observar los mecanismos del desarrollo embrionario y comparar la anatomía de especies existentes, grupos de investigación como el de Mosimann pueden desarrollar teorías sobre cómo las estructuras embrionarias pueden haber evolucionado o se han modificado con el tiempo.

"El embrión tiene características que aún son restos antiguos que aún no han perdido, lo que proporciona una idea de cómo han evolucionado los animales", dice Mosimann. "Podemos usar el embrión para aprender más sobre las características que aún persisten hoy, lo que nos permite viajar en el tiempo", dice Mosimann.

"Vemos que el cuerpo tiene una propensión fundamental e inherente a formar estructuras bilaterales de dos lados. Nuestro estudio proporciona una pieza del rompecabezas molecular y genético para resolver cómo llegamos a tener extremidades. Se suma a esta discusión de más de 100 años, pero ahora tenemos conocimientos moleculares".

Colaboración internacional

Las colaboraciones con colegas en laboratorios de todo el país y de todo el mundo son otra parte importante del estudio. Esos científicos aportan especializaciones adicionales y aportan datos de otros modelos, incluidos los peces espátula, las ranas con garras africanas y una variante del pez dorado de cola partida llamada Ranchu, para estudiar el desarrollo embrionario.

"Hay laboratorios en este artículo que trabajan en enfermedades musculoesqueléticas, toxicología, fibrosis. Trabajamos en anomalías cardiovasculares, congénitas, anomalías cardiopulmonares, desarrollo de las extremidades, todo relacionado con nuestro interés en el mesodermo de la placa lateral", dice Mosimann. "Y luego, juntos, pueden hacer descubrimientos tan fundamentales. Y ahí es donde la ciencia del equipo nos permite hacer algo que es más que la suma de las partes".

A pesar del considerable trabajo y la importancia del estudio, el equipo de Mosimann reconoce que es un paso clave, pero no el final del viaje en el debate sobre los apéndices emparejados.

"Yo no diría que hemos resuelto la pregunta, o incluso refutado ninguna de las teorías existentes", dice Lalonde. "Más bien, hemos contribuido con datos significativos para responder una importante pregunta evolutiva".

Los investigadores describen su estudio en un artículo publicado en la revista Nature: A lateral plate mesoderm derived from median fin and the origin of paired fins

Etiquetas: OrigenExtremidadesAleta emparejada

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