Dos pequeñas proteínas ayudan a mantener la columna vertebral recta durante períodos clave del desarrollo
Científicos de la Universidad de Oregón han descubierto nuevas pistas sobre la base genética de la escoliosis, una curvatura anormal de la columna vertebral.
Los investigadores del laboratorio del profesor de biología de la Universidad de Oregón, Dan Grimes, han identificado dos pequeñas proteínas que ayudan a mantener la columna vertebral recta durante períodos clave del desarrollo. El pez cebra con mutaciones en estas proteínas termina con espinas curvas, imitando lo que se ve en las personas con escoliosis.
La escoliosis idiopática, del tipo que no es el resultado de una afección subyacente como la distrofia muscular o la parálisis cerebral, suele aparecer en la adolescencia, a menudo durante un gran período de crecimiento. Pero todavía hay mucho que los investigadores no entienden sobre la escoliosis.
La postura bípeda de los humanos ejerce presión sobre la columna de una manera que no es replicada por animales de laboratorio de cuatro patas como ratones y ratas, por lo que ha sido difícil estudiar en el laboratorio la curvatura de la columna.
Pero como investigador postdoctoral, Grimes vio peces cebra con espinas curvas como resultado de mutaciones genéticas. El movimiento hacia adelante del pez a través del agua podría imitar más de cerca las fuerzas que actúan sobre la columna humana, pensó Grimes.
Profundizando más, descubrió que los cilios ondulantes, pequeños pelos que recubren la columna vertebral, empujan el líquido cefalorraquídeo. El movimiento fluido a través de la columna vertebral era esencial para mantenerla recta. Los peces con mutaciones que interrumpieron los cilios y, por lo tanto, el movimiento fluido, terminaron con espinas curvas.
Imagen derecha: Urp1 y Urp2 son necesarios para la morfología adecuada de la columna vertebral de un adulto. (A–C) Vistas laterales de reconstituciones de tomografía microcomputarizada de mutantes de tipo salvaje (A), urp1∆P;urp2∆P (B) y uts2r3b1436 (C) a 3 mpf. (D) Mediciones del ángulo de Cobb para peces individuales en el plano sagital para mutantes urp1∆P;urp2∆P y uts2r3b1436.
Este nuevo estudio revela el siguiente paso en el camino. El pez cebra con mutaciones en dos proteínas específicas termina con una columna curva, imitando lo que se ve en las personas con escoliosis, mostró el equipo.
Las dos pequeñas proteínas están hechas por neuronas en la columna vertebral. Su producción es activada por el líquido cefalorraquídeo en movimiento y, por lo tanto, por los cilios. Una vez liberadas por las neuronas, estas proteínas se adhieren a los receptores en los músculos que rodean la columna, sospechan los investigadores, lo que tal vez afecte la forma en que esos músculos sostienen la columna.
Las proteínas parecen ser particularmente cruciales en ciertos puntos del desarrollo. En algunos de sus experimentos, los investigadores utilizaron peces sensibles a la temperatura. Al cambiar la temperatura del agua del tanque, podían activar o desactivar ciertos genes en diferentes momentos.
"Si nos metemos con ellos durante la adolescencia, vemos grandes curvas en la columna", dijo Grimes. "Eso muestra que la vía es realmente operativa durante estas etapas de crecimiento, tal como vemos en los humanos, cuando la escoliosis generalmente comienza en los adolescentes".
A continuación, el equipo planea estudiar lo que sucede más adelante en este camino, con la esperanza de comprender mejor las causas fundamentales de la escoliosis.
"Es un misterio cómo la proteína en sí misma llega al receptor", dijo la estudiante graduada Zoe Irons, por lo que es una pregunta para una mayor exploración.
Y los hallazgos también pueden informar la comprensión más amplia de los científicos sobre la forma y función de los animales.
"Uno de los principales intereses de mi laboratorio es comprender cómo los pequeños procesos moleculares dan lugar a grandes formas anatómicas", dijo Grimes. "Este es un buen modelo para eso, porque las neuronas, los músculos y los huesos se coordinan juntos".
El equipo informó sobre sus hallazgos el 1 de diciembre en la revista eLife: Urotensin II-related peptides, Urp1 and Urp2, control zebrafish spine morphology