Estudiante de la Universidad de Cincinnati usa pez cebra para estudiar deformidades de la columna

Crédito: Pixabay/CC0 Dominio público

Popular en acuarios de todo el mundo, el pez cebra es originario del sur de Asia. Pero aquí, en un laboratorio infantil de Cincinnati, la variante de agua dulce juega un papel vital en el descubrimiento científico.

Las rayas icónicas son llamativas, pero es la transparencia del tejido embrionario del pez cebra lo que más aprecian investigadores como Oriana Zinani, estudiante de doctorado de quinto año en biología del desarrollo molecular en la Facultad de Medicina de la Universidad de Cincinnati. El patrón de la columna vertebral del pez cebra da la apariencia de rayas; está controlado por genes de segmentación que funcionan como un reloj.

Zinani es parte de un equipo de científicos en el laboratorio de Erturul zbudak, Ph.D., profesor asociado de pediatría en UC y Cincinnati Children’s Hospital Medical Centro. El equipo está estudiando una mutación genética que causa la escoliosis congénita, un defecto congénito caracterizado por la falta de separación de las vértebras y el desorden de las cajas torácicas. Los huevos de pez cebra se fertilizan y se desarrollan fuera del cuerpo de la madre, lo que facilita la visualización con imágenes de alta resolución para los investigadores. El pez cebra y los humanos comparten el 70 % de los mismos genes.

«Podemos ver exactamente lo que sucede mientras sucede en el pez cebra, lo que nos brinda información sobre el desarrollo embrionario humano», dice Zinani. «Mi investigación plantea la pregunta: ‘¿Cómo logra el embrión de pez cebra un desarrollo preciso y robusto en una variedad de entornos que consideran variables como las fluctuaciones de temperatura y la exposición a diferentes niveles de oxigenación?’ Nos dimos cuenta de que los embriones necesitan desarrollar mecanismos para filtrar el ruido para el desarrollo, y me concentro en lo que implican esos mecanismos».

Los científicos han sabido durante algún tiempo que los genes específicos se emparejan en el mismo cromosoma y aparecen juntos o «co-expresan» en células y tejidos. En los humanos, al menos el 10 % de los genes se emparejan en el mismo cromosoma. Se desconoce por qué ocurre esto, pero el equipo, que incluye a Zinani, zbudak, Kemal Keserolu, investigador del Cincinnati Children’s, y Ahmet Ay de la Universidad de Colgate, realizó un experimento separando dos genes que se emparejaron para determinar el papel que pueden desempeñar en el desarrollo de la columna vertebral.

Los hallazgos del equipo se publicaron recientemente en la revista académica Nature.

Usando la herramienta de edición de genes CRISPR-Cas9, el equipo de investigación realizó un experimento simple usando un modelo de pez cebra y separó dos genes que se emparejan para controlar el desarrollo saludable de la columna vertebral. Los genes separados han roto su coexpresión. En lugar de los límites precisos de los segmentos que estamos acostumbrados a ver en los embriones de pez cebra, vemos un tejido fusionado, lo que finalmente conduce a una formación fallida de las vértebras.

«Con dos genes funcionales emparejados, vemos un desarrollo normal y saludable». dice Zinani. «Si se tratara de un ser humano, la persona no tendría la enfermedad. Si tomamos los pares de genes normales y los separamos, sin crear ninguna mutación, vemos el desarrollo de la enfermedad bajo estrés ambiental».

Imágenes de un El pez cebra con los genes separados muestra una vértebra dentada que está agrietada, rota y fusionada, explica Zinani. El pez cebra tiene un fenotipo enfermo que conduce a la escoliosis congénita. Los investigadores también criaron al pez cebra con pares de genes separados a diferentes temperaturas para comprender mejor el impacto de la presión ambiental en el desarrollo. Los genes emparejados conducen a un desarrollo espinal beneficioso, particularmente bajo estrés ambiental. Es más probable que la separación de los genes conduzca a deformidades de la columna vertebral y escoliosis congénita en el pez cebra.

«Lo que también es emocionante es que muchos genes responsables del desarrollo de la diabetes, el cáncer y los trastornos autoinmunes también están presentes en genes pares en el genoma humano», dice Zinani. «Creemos que más investigaciones mostrarán la importancia de que esos genes se mantengan cerca de sus parejas. Si el proceso de tener genes uno al lado del otro influye en el desarrollo saludable y la vida adulta, tenemos un nuevo objetivo para considerar en el estudio de la formación de enfermedades». /p>

zbudak dijo que el trabajo de Zinani será útil en investigaciones futuras.

«Lo que Oriana descubrió durante sus estudios de posgrado podría arrojar luz sobre por qué los organismos mantienen órdenes de genes particulares en su genoma: para coordinar la expresión de genes que funcionan en los mismos procesos biológicos», dijo.

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Domar cambios genéticos aleatorios a medida que nuestros cuerpos comienzan a formarse Más información: Oriana QH Zinani et al. El emparejamiento de genes de reloj de segmentación impulsa la formación de patrones sólidos, Nature (2020). DOI: 10.1038/s41586-020-03055-0 Información de la revista: Nature

Proporcionado por la Universidad de Cincinnati Cita: Estudiante de la Universidad de Cincinnati usa pez cebra para estudiar deformidades de la columna (2021, 22 de enero) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-01-university-cincinnati-student-zebrafish-spinal.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.