Los científicos han creado accidentalmente un espécimen de ratón sin aparato reproductor. ¿Cómo ha sucedido y qué finalidad tiene este experimento?
Un equipo de científicos liderados por Moisés Mallo, biólogo del desarrollo del Instituto de Ciencias Gulbenkian en Oerias, Portugal, estaba estudiando una de las proteínas receptoras Tgfbr1, en una vía de señalización implicada en diversos aspectos del desarrollo embrionario. Decidieron desactivar este gen en embriones de ratón durante la etapa intermedia del desarrollo para investigar sus efectos en el desarrollo de la médula espinal. Lo que sucedió fue un tanto inesperado.
Este ratón tiene seis patas pero no genitalesLozovska et al., Nature Communications, 2024
Un mamífero de seis patas
Desactivar ese gen provocó que el ratón generara seis patas, esto es, extremidades adicionales en lugar de genitales. Si bien suena a ciencia ficción, esta criatura no fue creada intencionalmente. Fue el resultado -totalmente sin precedentes- de una investigación que reveló cómo la estructura tridimensional del ADN puede afectar el desarrollo embrionario.
Los embriones comienzan como un mero conjunto de células idénticas y conforme se van desarrollando, las células se especializan y comienzan a formar diferentes partes del cuerpo, generalmente comenzando en la cabeza y terminando con la cola.
Investigaciones anteriores habían demostrado que en la mayoría de los animales de cuatro extremidades, el control de las extremidades traseras y los genitales externos durante el desarrollo se centra en las mismas estructuras básicas, pero lo que no esperaban era comprobar cómo las alteraciones en el ADN podían tener un efecto tan crucial como este en el desarrollo.
El equipo comparó embriones de ratón de 10 a 17 días con y sin versiones funcionales del gen en cuestión, Tgfbr1, que codifica la proteína receptora Tgfbr1. En uno de los casos, después de inactivar el gen y luego dejar que el ratón avanzara en su desarrollo hasta aproximadamente la mitad del nacimiento, los investigadores descubrieron que tenía seis patas y no tenía genitales externos y que las patas adicionales crecían donde se suponía que debían crecer los genitales. Este resultado se replicó cuando repitieron el proceso tanto en machos como con hembras: ellas nacían sin clítoris y ellos sin pene. Todos con seis patas. En otras palabras, la desactivación de la proteína cambió la actividad de otros genes.
El equipo estaba investigando cómo funciona una proteína particular durante las etapas intermedias del crecimiento embrionario.Midjourney/Sarah Romero
«Demostramos que a pesar de la gran distancia evolutiva de la condición ancestral, el primordio temprano de los genitales externos del ratón conservó la capacidad de asumir el destino de las extremidades traseras», escribieron los autores en su estudio publicado en la revista Nature Communications.
Ahora esperan explorar si Tgfbr1 puede alterar la estructura del ADN en otros sistemas y si tiene un papel que desempeñar en el desarrollo del «pene doble» de las serpientes conocido como hemipene. A diferencia de los mamíferos, que tienen un solo pene, las serpientes poseen dos hemipenes que normalmente están retraídos dentro del cuerpo y solo se evierten para aparearse. Están ubicados en la base de la cola y generalmente se mantienen invertidos dentro de la cavidad del cuerpo
«Por lo tanto, será interesante determinar si un mecanismo relacionado con la plasticidad del desarrollo descubierta por nuestro trabajo… podría ayudar a [explicar] la ausencia de extremidades traseras en las serpientes, pero su presencia en la mayoría de los lagartos», se preguntan los investigadores.
Modelo de ratón modificado genéticamenteNature Communications (2024).
¿Cuál es el mecanismo detrás de este cambio?
Al observar más de cerca, encontraron que las proteínas del receptor Tgfbr1 estaban directamente involucradas en el control del desarrollo de ciertas protoestructuras y que el receptor de TGF-β tipo 1 del gen Tgfbr1 ayuda a evitar que las células crezcan y se dividan demasiado rápido o de forma descontrolada (pudiendo suprimir la formación de tumores). En esencia, Tgfbr1 ayuda a determinar si estas estructuras se convierten en genitales o extremidades. Y sin esta proteína que eliminaron los científicos, otros genes entran en acción indicando a las células que crezcan hasta convertirse en patas en lugar de genitales.
Los tratamientos contra el cáncer existentes ya se dirigen al ADN de los tumores, lo que significa que una mejor comprensión de cómo funcionan podría ayudar a crear nuevas y mejores opciones. Los investigadores sospechan que también podrían desempeñar un papel importante en la forma por la que las células cancerosas hacen metástasis en el organismo.
«Nuestro trabajo descubre una notable plasticidad tisular con implicaciones potenciales en la evolución de las extremidades posteriores y el área genital de los tetrápodos e identifica un mecanismo adicional para la actividad de Tgfbr1 que también podría contribuir al control de otros procesos fisiológicos o patológicos», señalan los investigadores.
Los cambios en el ADN pueden tener importantes impactos en el desarrollo.Midjourney/Sarah Romero
Referencias:
- Anastasiia Lozovska et al, Tgfbr1 controls developmental plasticity between the hindlimb and external genitalia by remodeling their regulatory landscape, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-46870-z
- Lodyga, M., & Hinz, B. (2019). TGF-β1 – A truly transforming growth factor in fibrosis and immunity.. Seminars in cell & developmental biology. https://doi.org/10.1016/j.semcdb.2019.12.010.
- Ni, N., Fang, X., & Li, Q. (2021). Functional similarity between TGF-beta type 2 and type 1 receptors in the female reproductive tract. Scientific Reports, 11. https://doi.org/10.1038/s41598-021-88673-y.
- Stheneur, C., Collod-Béroud, G., Faivre, L., Gouya, L., Sultan, G., Parc, J., Moura, B., Attias, D., Muti, C., Sznajder, M., Claustres, M., Junien, C., Baumann, C., Cormier-Daire, V., Rio, M., Lyonnet, S., Plauchu, H., Lacombe, D., Chevallier, B., Jondeau, G., & Boileau, C. (2008). Identification of 23 TGFBR2 and 6 TGFBR1 gene mutations and genotype‐phenotype investigations in 457 patients with Marfan syndrome type I and II, Loeys‐Dietz syndrome and related disorders. Human Mutation, 29. https://doi.org/10.1002/humu.20871.
