Profundas similitudes en el desarrollo de todos los apéndices de la piel, ya sean escamas, cabello, piel o plumas
Cuando las criaturas marinas comenzaron a gatear y deslizarse sobre la tierra hace unos 385 millones de años, llevaban consigo su armadura: escamas. La evidencia fósil muestra que los primeros animales terrestres conservaron las escamas como una característica de protección a medida que evolucionaron para prosperar en tierra firme.
Pero a medida que pasó el tiempo, y las especies se diversificaron, los animales comenzaron a arrojar las pesadas escamas de su herencia oceánica y reemplazarlas por pieles, pelo y plumas.
Hoy en día, los mecanismos moleculares del desarrollo de escamas en peces en peces siguen siendo notablemente similares a los mecanismos que también producen plumas en aves, pieles en perros y pelo en humanos, lo que sugiere un origen evolutivo común para innumerables apéndices de la piel muy diferentes.
Un nuevo estudio, programado para publicación en línea ayer martes en la revista eLife, examina el proceso tal como ocurre en un conocido modelo de genética de laboratorio, el pez cebra.
"Hemos descubierto que las vías moleculares que subyacen al desarrollo de escamas, pelos y plumas son notablemente similares", dijo el autor principal del estudio, Andrew Aman, investigador postdoctoral en biología de la Universidad de Virginia.
Aman y sus coautores, incluido el investigador universitario de la UVA Alexis Fulbright, ahora un Ph.D. candidato en la Universidad de Utah, usó herramientas moleculares para manipular y visualizar el desarrollo de escamas en el pez cebra y descubrir los detalles de cómo funciona. Resulta que, como sospechaban los investigadores, los apéndices de la piel vistos hoy se originaron hace cientos de millones de años en antepasados de vertebrados primitivos, antes del origen de las extremidades, las mandíbulas, los dientes o incluso el esqueleto interno.
Mientras que el pez cebra ha sido estudiado durante décadas en experimentos genéticos de gran alcance, su desarrollo de escamas ha sido pasado por alto, según Aman.
"La piel del pez cebra, incluidas las escamas óseas, es en gran medida transparente y los investigadores probablemente simplemente han mirado más allá de las escamas hasta las estructuras internas", dijo. "Esta es un área madura para la investigación, así que tuvimos la idea de observar la maquinaria molecular que impulsa el desarrollo de patrones en el recubrimiento superficial. Descubrimos profundas similitudes en el desarrollo de todos los apéndices de la piel, ya sean escamas, cabello, piel o plumas".
Aman trabaja en el laboratorio de David Parichy, autor principal del estudio y Profesor Distinguido de la Fundación Pratt-Ivy de Morfogénesis en el Departamento de Biología de la UVA. El laboratorio de Parichy investiga la genética del desarrollo de la morfología de los adultos, la biología y la evolución de las células madre, utilizando como modelos el pez cebra y las especies relacionadas. Un alto porcentaje de los genes en estos peces comunes de acuario son los mismos que en los humanos, lo que refleja un ancestro común que se remonta a los primeros vertebrados comunes que poblaron los antiguos mares.
Los patrones de desarrollo, por ejemplo, cómo las escamas toman forma y se forman en capas ligeramente superpuestas (en el caso del pez cebra, hay más de 200 escamas redondas en cada lado del pez), es una parte fundamental de todo desarrollo, incluyendo cómo se diferencian y se convierten las células madre, por ejemplo, en células óseas, células de la piel y en cualquiera de los cientos de tipos de células que comprenden los 37 billones de células en el cuerpo humano.
Durante la escamación en el pez cebra, las células formadoras de escamas (sp7: eGFP en amarillo) aparecen en un patrón secuencial en los sitios de la piel, donde poco después se puede detectar la matriz calcificada (rojo de alizarina) y se formará una nueva escala (reproducido de Fig. 1, Aman et al.).
La forma en que las células se diferencian y se organizan en formas precisas (y algunas veces se convierten en formas deformes que pueden resultar en enfermedades congénitas, cánceres y otras anormalidades) es de máximo interés para los biólogos del desarrollo como Parichy y Aman. Comprender el proceso proporciona información sobre los defectos congénitos, el cáncer y las enfermedades genéticas, y cómo puede solucionarse el proceso cuando falla.
Como ejemplo, los dientes, que en realidad son un apéndice epidérmico, a veces están sujetos a problemas de desarrollo. "Los defectos que encontramos en el desarrollo de las escamas de peces son una reminiscencia de los problemas de desarrollo que pueden ocurrir con los dientes", dijo Parichy. "Dado que las escamas se regeneranescamas se regeneran, tal vez haya una forma de hacer que los dientes se regeneren".
"Esta investigación nos ayuda a establecer vínculos importantes entre la historia natural de la vida en la Tierra, el proceso evolutivo y la enfermedad humana", dijo Aman.
Artículo científico: Wnt/β-catenin regulates an ancient signaling network during zebrafish scale development
