Estudio evolutivo relaciona modificaciones sutiles en la morfología de la rodilla bípeda con la osteoartritis más adelante en la vida
Un riff visual en la ilustración clásica, «Marcha del Progreso», que destaca la evolución de la osteoartritis de rodilla. Crédito: Tasha McAbee, Departamento de Ortopedia del Boston Children’s Hospital
La rodilla humana es un triunfo del diseño. La articulación, que evolucionó con bastante rapidez a partir de nuestro ancestro común con el chimpancé para adaptarse a nuestro bipedalismo, probablemente contribuyó a nuestro éxito como especie. Sin embargo, a medida que la medicina moderna extiende la vida humana, nuestra especie ha aprendido el dolor en forma de osteoartritis que puede acompañar la locomoción de esta obra maestra biomecánica.
En un nuevo estudio de las características genéticas que ayudan a hacer posible esta sofisticada articulación, un equipo internacional de investigadores descubrió que los interruptores reguladores involucrados en el desarrollo de la rodilla también desempeñan un papel en la osteoartritis, una enfermedad parcialmente hereditaria que afecta a menos 250 millones de personas en todo el mundo. Los hallazgos se publican en la revista Cell.
Terence D. Capellini, profesor asociado Richard B. Wolf en el Departamento de Biología Evolutiva Humana y autor correspondiente del artículo, lo explicó en términos de la carga que nuestras rodillas literalmente soportar:
«Desde un punto de vista evolutivo, la rodilla de los primates pasó de ser algo que acomodaba las fuerzas de caminar sobre cuatro patas a colocar todo el peso sobre dos piernas», dijo. «Pasar de un cuadrúpedo a un bípedo cambia la distribución de la fuerza. Todo nuestro peso se transmite a través de nuestras caderas y rodillas hasta los tobillos. Las células de la articulación y la forma de la articulación tuvieron que cambiar para adaptarse a esas nuevas fuerzas. «
Con una tarea tan específica y limitada por sus orígenes en la rodilla de primate más antigua, la rodilla bípeda optimizada desarrolló lo que se conoce como una morfología restringida, es decir, no permitía mucha variación. «Como puede imaginar, cuando está diseñando una pieza para un avión, no quiere desviarse demasiado», dijo Capellini.
Para entender cómo surgió este complejo mecanismo, los investigadores buscaron en busca de evidencia de selección natural acelerada: la serie de mutaciones que nos ayudaron a caminar erguidos.
«Queríamos saber si podíamos o no ver signos de selección evolutiva antigua en las regiones del genoma que esculpen específicamente el rodilla», dijo Capellini. Para ello, buscaron rastros de interruptores reguladores específicos, fragmentos de ADN «responsables de activar y desactivar el material genético que convierte a la rodilla en una rodilla humana».
Lo que encontraron refleja lo que Capellini sugiere que es indicativo de «selección positiva» evidencia de que esta nueva rodilla le dio a los bípedos incipientes una ventaja evolutiva. Se habrían seleccionado las rodillas de mayor funcionamiento, reduciendo la variación en la forma de la rodilla con el tiempo al disminuir la variación genética en los interruptores que controlan la formación de la articulación. La variación que persistía probablemente no importaba sustancialmente en ese momento.
«Más tarde, a medida que las poblaciones humanas se expanden y se desplazan, comienzas a tener estas variantes genéticas que modifican ligeramente la forma o el mantenimiento de la rodilla. ”, explicó Daniel Richard, un Ph.D. candidato en biología evolutiva humana y autor principal del artículo. «Esas ligeras desviaciones, que actúan sobre esta rodilla constreñida, conducen al riesgo de desarrollar osteoartritis».
Esas características no afectaron el éxito de la rodilla bípeda porque la selección natural promueve características que permiten a los individuos alcanzar la madurez sexual y criar con éxito. En esencia, debido a que esta nueva rodilla les dio a los adultos jóvenes una ventaja para transmitir su material genético, continuó a pesar de estas variantes. Nuestra eventual vejez tuvo poco papel en su selección.
«Creemos que estas ligeras modificaciones no tienen tanto impacto en la vida temprana», dijo Richard. «Pero cuando sigues caminando hasta que tienes 50 o 60 años, durante ese lapso de tiempo más largo, un cambio muy pequeño en tu rodilla se acumula durante décadas. Eventualmente, contribuye a la enfermedad de osteoartritis en los ancianos».
Como prueba de principio, Capellini y sus colegas realizaron dos experimentos adicionales. Al estudiar los cambios de rodilla en pacientes con osteoartritis en comparación con la población general, descubrieron que los pacientes con osteoartritis tienen, en promedio, más variantes genéticas en los cambios que aquellos que no tienen la enfermedad. También se centraron en un gen llamado GDF5 (Growth Differentiation Factor Five) que contribuye al riesgo de osteoartritis en europeos y asiáticos. Usando la edición CRISPR en ratones y células humanas, identificaron una variante genética, presente en miles de millones de personas, que afecta la función de un interruptor de rodilla clave, cambiando así la forma de la rodilla y aumentando el riesgo de osteoartritis.
La rigidez y El dolor que sienten los humanos hoy en día, por lo tanto, puede simplemente haberse aprovechado de una ventaja evolutiva: la osteoartritis llegó junto con la rodilla. Sin embargo, esta característica dolorosa puede dar sus frutos en el estudio de la evolución humana, subrayan los investigadores.
«La idea de vincular nuevas características con enfermedades casi nuevas es un buen marco mental para pensar mientras se estudian estas enfermedades de envejecimiento», dijo Richard. «Realmente no puedes tener tu pastel y comértelo también».
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El IMC puede mediar un vínculo inverso entre la ingesta de fibra y la artrosis de rodilla Más información: Daniel Richard et al, Evolutionary Selection and Constraint on Human Knee Chondrocyte Regulation Impacts Osteoarthritis Risk, Cell ( 2020). DOI: 10.1016/j.cell.2020.02.057 Información de la revista: Cell
Proporcionado por la Universidad de Harvard Cita: Estudio evolutivo vincula modificaciones sutiles en la morfología del bípedo rodilla a osteoartritis más tarde en la vida (7 de abril de 2020) recuperado el 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-04-evolutionary-links-subtle-modifications-morphology.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.