Estudio refuerza la confianza de que los peces pueden proporcionar modelos útiles de biología de la columna vertebral humana, trastornos
Un pez cebra mutante moderno desarrolló rasgos espinales inusuales (abajo a la derecha) en comparación con el pez cebra normal (arriba a la derecha) y decenas de miles de otras especies de peces que han compartido un patrón de columna durante cientos de millones de años (arriba a la izquierda). La columna vertebral anormal se parece a la de un ancestro primitivo (abajo a la izquierda), lo que revela que el modelo antiguo ha estado al acecho en los genomas de los peces todo el tiempo y ofrece un nuevo modelo para los trastornos de la columna vertebral del desarrollo humano. Imágenes: Gloria Arratia (izquierda) y Brianna Peskin (derecha). Crédito: Facultad de Medicina de Harvard
Una columna vertebral es una columna vertebral es una columna vertebral ¿o no?
Desde tiburones hasta salamandras, halcones y humanos, los vertebrados tienen columnas vertebrales en común. Aun así, las vértebras se pueden formar de formas divergentes y tener una variedad de estructuras entre las clases de vertebrados.
Por ejemplo, las espinas de los peces teleósteos, que representan más de la mitad de todos los vertebrados, siguen diferentes pasos de desarrollo desde las de las espinas de los animales terrestres, incluidos los reptiles, los anfibios, las aves y los mamíferos.
Esta desviación ha dificultado que los investigadores sepan con qué eficacia pueden usar las espinas dorsales de los peces como modelo para comprender los humanos normales y anormales. desarrollo de la columna vertebral. Entre ellos se encuentra Matthew Harris, profesor asociado de genética en el Instituto Blavatnik de la Escuela de Medicina de Harvard y profesor asociado de cirugía ortopédica en el Boston Children’s Hospital.
Ahora, al combinar paleontología, biología celular y genética del desarrollo, Harris y colegas del Centro Médico de la Universidad de Duke y la Universidad de Kansas identificaron a un jugador clave que distingue las espinas de los peces y las humanas y descubrieron una manera de revertir esa divergencia evolutiva.
Al hacerlo, crearon un modelo de pez cebra para la escoliosis congénita , una malformación de la columna vertebral que está presente al nacer.
El equipo informó en línea el 18 de junio en Current Biology que una mutación genética en el pez cebra causa un tipo de desarrollo inusual de la columna que no se ha visto en la mayoría de los peces durante millones de años.
La mutación altera la señalización celular durante el desarrollo de la columna vertebral y conduce a vértebras deformadas, encontraron los investigadores. Las señales aumentan la susceptibilidad a los defectos asociados con la escoliosis congénita, que puede ser leve o grave e implica una curva lateral o una torsión de la columna vertebral.
«Este mutante nos muestra cómo podemos usar peces para estudiar el desarrollo de escoliosis congénita, que afecta aproximadamente a uno de cada 10.000 niños, de una manera que antes no se podía lograr», dijo Harris.
Un pez cebra normal (arriba) en comparación con spondo (abajo). Crédito: Harris lab
El equipo nombró al pez cebra mutante spondo, de spondylos, la palabra griega para «columna vertebral».
Cuando los investigadores descubrieron por primera vez al mutante, excavaron un poco y se dieron cuenta de que la columna vertebral de spondo se parecía a las de los peces antiguos. La mutación reveló que el genoma de spondo y probablemente el de otros teleósteos contiene un programa latente durante mucho tiempo para el mismo tipo de desarrollo de la columna vertebral compartido por los vertebrados terrestres.
El nuevo trabajo muestra que el modelo para esa columna vertebral temprana ha estado al acecho. en los genomas de los peces todo el tiempo y que un cambio en una sola «letra» genética puede hacer que esos rasgos latentes resurjan.
La mutación ocurre en un gen que se encuentra en todos los peces. Los investigadores descubrieron que afecta a una estructura embrionaria primitiva llamada notocorda, una protoespina en forma de tubo que se observa en los vertebrados en desarrollo.
En los peces, las señales de la notocorda orquestan el crecimiento de las vértebras en su distintiva línea nudosa. En los humanos, sin embargo, un proceso diferente indica la formación de las vértebras y, después del nacimiento, la notocorda queda relegada a un componente del material entre nuestras vértebras. Puede ser una fuente de dolor de espalda y enfermedades, dijo Harris.
El nuevo estudio revela que este único gen relacionado con la notocorda, junto con la señal celular que interrumpe, es una parte esencial de la diferencia entre los peces y espinas humanas y que alterar el gen o la señal puede generar una espina de pez que se parezca más a la nuestra y a la de nuestros parientes terrestres.
El trabajo también demuestra la importancia de la notocorda en la evolución de la columna.
«La observación de que una mutación de un solo punto impulsa este cambio en la evolución y la forma, y que el patrón central de la columna vertebral se mantiene en todas las especies de vertebrados, solo que está justo debajo de la superficie, es quizás nuestro hallazgo más sorprendente», dijo Harris.
O, para decirlo de otra manera, Harris dijo: «Así que somos peces después de todo, o los peces somos nosotros».
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Cómo el cartílago ondulado de un pez cebra se transforma en una columna fuerte Más información: Brianna Peskin et al. Las señales notocordales establecen la identidad filogenética de la columna vertebral del teleósteo, Current Biology (2020). DOI: 10.1016/j.cub.2020.05.037 Información de la revista: Current Biology
Proporcionado por Harvard Medical School Cita: El estudio refuerza la confianza de que los peces pueden proporcionar modelos útiles de la biología de la columna vertebral humana, trastornos (2020, 26 de junio) recuperado el 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-06-bolsters-confidence-fish-human-spine.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.