Un mecanismo ancestral para la configuración del eje de la espalda al vientre
Un estudio de la Universidad de Viena revela que las anémonas de mar utilizan un conocido mecanismo molecular de los animales bilaterales para formar su eje corporal desde la espalda hasta el vientre. Este mecanismo ("Desplazamiento BMP") permite que las células se organicen durante el desarrollo interpretando gradientes de señalización.
Los hallazgos sugieren que este sistema evolucionó mucho antes de lo que se suponía anteriormente y ya estaba presente en el ancestro común de los cnidarios y bilaterales.
La mayoría de los animales presentan simetría bilateral: una estructura corporal con cabeza y cola, espalda y vientre, y lados izquierdo y derecho. Esta organización corporal caracteriza al vasto grupo conocido como Bilateria, que incluye animales tan diversos como vertebrados, insectos, moluscos y gusanos.
Por el contrario, los cnidarios, como las medusas y las anémonas de mar, se describen tradicionalmente como radialmente simétricos, y de hecho las medusas lo son. Sin embargo, la situación es diferente en las anémonas de mar: a pesar de la radialidad superficial, son bilateralmente simétricas, primero a nivel de expresión genética en el embrión y más tarde también anatómicamente en la edad adulta.
Esto plantea una pregunta evolutiva fundamental: ¿La simetría bilateral surgió en el ancestro común de Bilateria y Cnidaria, o evolucionó independientemente en múltiples linajes animales?
Investigadores de la Universidad de Viena han abordado esta cuestión investigando si un mecanismo clave del desarrollo, llamado Desplazamiento BMP, ya estaba presente en los cnidarios.
Desplazamiento para el desarrollo
En los animales bilaterales, el eje espalda-vientre está determinado por un sistema de señalización que involucra a las proteínas morfogenéticas óseas (BMP) y su inhibidor, la cordina.
Las BMP actúan como mensajeros moleculares, indicando a las células embrionarias su ubicación y el tipo de tejido en el que deben convertirse. En embriones bilaterales, la cordina se une a las BMP y bloquea su actividad en un proceso denominado "inhibición local".
Al mismo tiempo, en algunos modelos embrionarios bilaterales, pero no en todos, la cordina también puede transportar BMP unidas a otras regiones del embrión, donde se liberan nuevamente, un mecanismo conocido como "Desplazamiento BMP".
Animales tan distantes evolutivamente como los erizos de mar, las moscas y las ranas utilizan el Desplazamiento BMP, sin embargo, hasta ahora no estaba claro si todos ellos desarrollaron el desplazamiento independientemente o lo heredaron de su último ancestro común hace unos 600 millones de años.
Tanto la inhibición local como el Desplazamiento BMP crean un gradiente de actividad de BMP a lo largo del embrión. Las células del embrión temprano detectan este gradiente y adoptan diferentes destinos según los niveles de BMP. Por ejemplo, en los vertebrados, el sistema nervioso central se forma donde la señalización de BMP es más baja, los riñones se desarrollarán en niveles intermedios de señalización de BMP y la piel del vientre se formará en el área de máxima señalización de BMP.
De esta manera, se establece la disposición del cuerpo desde la espalda hasta el vientre. Para determinar si el Desplazamiento BMP por la cordina representa un mecanismo ancestral para la configuración del eje de la espalda al vientre, los investigadores tuvieron que observar animales con simetría bilateral fuera de Bilateria: las anémonas de mar.
Imagen: Bloqueo de la producción de proteína cordina mediante microinyección de MO Chordin (izquierda). Este efecto puede corregirse inyectando ARNm de cordina en el embrión (los descendientes de la célula inyectada se tiñen de naranja en el embrión de la derecha). Crédito: David Mörsdorf, Grigory Genikhovich
Un antiguo modelo
Para comprobar si las anémonas de mar utilizan la cordina como inhibidor local o como transportador, los investigadores primero bloquearon la producción de cordina en los embriones de la anémona de mar modelo Nematostella vectensis.
En Nematostella, a diferencia de Bilateria, la señalización de BMP requiere la presencia de cordina. Por lo tanto, sin cordina, la señalización de BMP cesó y falló la formación del segundo eje corporal. Posteriormente, se reintrodujo cordina en una pequeña parte del embrión para observar si podía restaurar la formación del eje.
La señalización de BMP se reanudó, pero no estaba claro si esto se debió a que la cordina simplemente bloqueaba las BMP localmente, permitiendo que se formara un gradiente a partir de fuentes de BMP existentes, o porque transportaba activamente las BMP a partes distantes del embrión, dando forma al gradiente de manera más directa.
Para responder a esta pregunta, se probaron dos versiones de cordina: una unida a la membrana e inmóvil, la otra difusible. Si la cordina actuara como inhibidor local, tanto la cordina inmóvil como la difusible restaurarían la señalización de BMP en el lado del embrión opuesto a las células productoras de cordina. Sin embargo, solo la cordina difusible puede actuar como transportadora de BMP.
Los resultados fueron claros: solo la forma difusible logró restaurar la señalización de BMP a distancia de su fuente, lo que demuestra que la cordina actúa como transportador de BMP en las anémonas de mar, al igual que en moscas y ranas.
¿Una estrategia compartida a lo largo de más de 600 millones de años de evolución?
La presencia del Desplazamiento BMP tanto en cnidarios como en bilaterales sugiere que este mecanismo molecular es anterior a su divergencia evolutiva hace unos 600–700 millones de años.
"No todos los bilaterales utilizan el transporte de BMP mediado por cordina; por ejemplo, las ranas lo hacen, pero los peces no; sin embargo, el transporte parece aparecer una y otra vez en animales muy distantemente relacionados, lo que lo convierte en un buen candidato para un mecanismo de ancestral patrón. El hecho de que no sólo las anémonas bilaterales sino también las anémonas de mar utilicen el transporte para dar forma a los ejes de su cuerpo nos indica que este mecanismo es increíblemente antiguo", afirma David Mörsdorf, primer autor del estudio e investigador postdoctoral en el Departamento de Neurociencias y Biología del Desarrollo de la Universidad de Viena.
"Abre apasionantes posibilidades para repensar cómo evolucionaron los planes corporales en los primeros animales".
Grigory Genikhovich, autor principal y líder del grupo en el mismo departamento, agrega: "Es posible que nunca podamos excluir la posibilidad de que los cnidarios bilaterales y los cnidarios bilateralmente simétricos desarrollaran sus planes corporales bilaterales de forma independiente".
"Sin embargo, si el último ancestro común de los cnidarios y los bilaterales fue un animal con simetría bilateral, es probable que utilizara la cordina para transportar las BMP y construir su eje dorso-abdominal. Nuestro nuevo estudio lo demostró".
Los hallazgos han sido publicados en Science Advances: Chordin-mediated BMP shuttling patterns the secondary body axis in a cnidarian
