El pez cebra reescribe el rompecabezas de la evolución de la glándula pituitaria

célula endodermo (roja) en larva de pez cebra

La cuasi pituitaria que se ve en ciertos animales no vertebrados más primarios

Un nuevo estudio dirigido por la Universidad del Sur de California (USC) sugiere un cambio en la historia del desarrollo y la evolución de la glándula pituitaria.

La glándula del tamaño de un guisante, ubicada en la base del cerebro, produce hormonas que impulsan el crecimiento, la agresión, el desarrollo sexual y la reproducción. Durante décadas, se pensó que el lóbulo frontal de la pituitaria, donde se producen las hormonas, era un desarrollo evolutivo que surgió en los vertebrados, junto con el oído, la nariz y el cristalino del ojo.

La "nueva hipótesis de la cabeza" ampliamente aceptada sostiene que todas estas partes del cuerpo se derivan de un tipo particular de estructura embrionaria ubicada en el ectodermo, o capa más externa de un embrión. Mientras tanto, los animales que tienen médula espinal pero carecen de columna vertebral, que se entiende que representan un paso evolutivo anterior, tienen una estructura similar a la pituitaria que antes se pensaba que tenía un origen distinto en la capa embrionaria más interna, o endodermo.

En un artículo publicado hoy en Science, investigadores de la USC presentan evidencia de que, en algunos vertebrados, el endodermo también forma parte del lóbulo frontal de la pituitaria, una idea que ha sido objeto de controversia científica desde hace más de 100 años. Los hallazgos del estudio, que fue apoyado por una importante subvención de los Institutos Nacionales de Salud de Estados Unidos, sugieren que la glándula puede tener una historia evolutiva más larga de lo que se pensaba anteriormente.

"Revisamos observaciones muy antiguas con tecnología de vanguardia que prueba esta idea de que existe una contribución endodérmica a la pituitaria", dijo el autor principal Gage Crump, profesor de células madre y medicina regenerativa en la Escuela de Medicina Keck de la USC. "Nuestro trabajo revisa ideas sobre qué tipo de estructura embrionaria es la pituitaria y cuándo evolucionó por primera vez".

Trabajo de detective del desarrollo

Crump y sus colegas estudiaron el pez cebra, una especie útil como modelo de laboratorio en parte porque su desarrollo es un libro abierto para los investigadores; los óvulos se fertilizan externamente y los embriones son casi transparentes. El equipo de investigación utilizó nuevos métodos de laboratorio de su propia invención para etiquetar las células embrionarias del pez cebra y seguir las células que descienden de ellos hasta la edad adulta.

Además, utilizaron imágenes de lapso de tiempo con un potente microscopio y secuenciación de ARN unicelular. Esta última tecnología está relacionada con la secuenciación del ADN, pero en lugar de caracterizar todo el código genético, solo revela los genes que se expresan y en qué cantidades, para cada una de las miles de células a la vez, una poderosa forma de comprender la naturaleza de las células que se están estudiando.

análisis del endodermo del pez cebra

En una serie de experimentos con imágenes de lapso de tiempo de embriones de pez cebra, el equipo documentó la bolsa de Rathke, una estructura de la capa externa que antes se creía que era la única fuente del lóbulo frontal de la pituitaria, fusionándose con la bolsa de Seessel, una estructura de la capa interna. Sus observaciones indican que el endodermo era responsable de aproximadamente el 20 por ciento de las células en el lóbulo frontal de la pituitaria.

Otro experimento que rastreó el destino de las células embrionarias en peces cebra adultos mostró una mezcla de células derivadas ectodérmicamente y endodérmicamente en la pituitaria. Profundizando en la expresión génica con secuenciación de ARN, los científicos descubrieron que las células de la capa interna del endodermo terminaban por diferenciarse en todos los tipos principales de células productoras de hormonas en la pituitaria. Además, en los embriones de pez cebra manipulados genéticamente que carecían del componente ectodérmico, las células endodérmicas podrían formar una estructura similar a la pituitaria por sí mismas, aunque mucho más pequeña que la pituitaria normal.

En conjunto, estas investigaciones demuestran claramente una contribución endodérmica a la pituitaria del pez cebra. Esta revelación inesperada sugiere que la cuasi pituitaria que se ve en ciertos animales no vertebrados más primarios —criaturas submarinas que son extrañas y en gran parte oscuras— puede haber sobrevivido, en una forma, al menos entre algunos de sus descendientes evolutivos portadores de columna vertebral.

Crump, quien también es el director fundador del Ph.D. de la USC. Program in Development, Stem Cells, and Regenerative Medicine, advierte que queda por ver si el vestigio perdura en los humanos.

"Puede ser que los peces conserven esta característica ancestral, pero los humanos la han perdido", dijo. "Podemos ver que la pituitaria no es una estructura de vertebrado completamente nueva como la nariz, la oreja o el cristalino, sino que ya estaba presente antes que los vertebrados y posteriormente incorporó nuevas contribuciones de ectodermo. Al capturar esta reliquia evolutiva en el pez cebra, hemos resuelto el misterio de dónde vino la pituitaria".

Una vieja idea que volvió (sorprendentemente)

Ya a mediados de la década de 1910, los anatomistas habían informado que la bolsa de Rathke estaba estrechamente asociada con la bolsa de Seessel. La bolsa de Rathke se ha entendido durante mucho tiempo como la fuente del componente endocrino de la pituitaria. Por el contrario, el destino y el propósito de la bolsa de Seessel sigue siendo un misterio, hasta hoy.

Para los investigadores de principios del siglo XX (y más o menos desde entonces), no había buenas formas de explorar más a fondo la relación entre las dos estructuras embrionarias y, por lo tanto, la posibilidad de una contribución endodérmica a la pituitaria. Muy debatido al principio, el tema finalmente se convirtió en una curiosidad histórica.

Afortunadamente, el primer autor Peter Fabian, un investigador postdoctoral de la Escuela Keck, conocía bien este precedente. Mientras probaba una de esas nuevas técnicas para etiquetar y rastrear células embrionarias, desarrollada por colaboradores del Sanford Burnham Prebys Medical Discovery Institute, notó células endodérmicas en la pituitaria. Una bombilla se encendió en su cabeza.

"Fue un descubrimiento fortuito", dijo Crump. "Estamos interesados en el endodermo en general, pero no nos habíamos propuesto estudiar la pituitaria. Debido a que esta fue una observación tan inesperada, realmente tuvimos que probarlo con múltiples líneas de investigación".

Artículo científico: Lineage analysis reveals an endodermal contribution to the vertebrate pituitary

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