Un mecanismo a prueba de fallos mantiene la simetría del cuerpo de la mosca de la fruta en buen camino

Muchas cosas pueden salir mal cuando un embrión pasa de ser un óvulo fertilizado a convertirse en un organismo multicelular complejo. En las moscas de la fruta, por ejemplo, un puñado de mutaciones diferentes pueden torcer catastróficamente al embrión hasta darle forma de sacacorchos. Los embriones en forma de sacacorchos siempre mueren, pero no está claro exactamente cómo estas mutaciones causan la forma retorcida del cuerpo.

Un artículo reciente en Current Biology encontró que los embriones se tuercen cuando se rompe un sistema genético que normalmente mantiene la simetría bilateral. Sin ese sistema, el tejido del embrión se alarga más rápido en un lado de su cuerpo que en el otro, contorsionándolo en una forma letal de sacacorchos. "Básicamente, la diferencia entre lo que sucede en los mutantes retorcidos y en los embriones normales es la ruptura de la simetría", dice la bióloga Celia Smits, quien dirigió el trabajo como estudiante de doctorado en la Universidad de Princeton en Nueva Jersey. El descubrimiento sugiere que sistemas similares pueden estar funcionando en otros animales, dice Smits, aunque duda en dar el salto a los humanos, en parte porque las personas no se desarrollan dentro de una cáscara de huevo como las moscas de la fruta.

Con la tarea de comprender el rasgo del sacacorchos, Smits imaginó el desarrollo de varias docenas de moscas de la fruta en sus huevos, tanto mutantes en sacacorchos como embriones normales, bajo un microscopio de lámina de luz. A diferencia de un confocal convencional, el microscopio de lámina luminosa puede obtener imágenes de “ambos lados del embrión al mismo tiempo, para ver el desarrollo en 3D”, dice Smits. Cada óvulo era un poco más grande que la cabeza de un alfiler, tenía aproximadamente la forma de una gominola y había sido diseñado genéticamente con moléculas fluorescentes para iluminar las 6.000 células que tenía bajo el microscopio. Una cámara dentro del microscopio registró cada embrión durante aproximadamente una hora, exactamente durante la misma fase de desarrollo de cada uno: es decir, la gastrulación, las primeras etapas de la formación intestinal. Aquí es cuando comienza la torsión en algunos mutantes.

En videos que evocan una sustancia viscosa arremolinándose a través de una lámpara de lava, las grabaciones capturaron células reorganizándose dentro de los óvulos. En los embriones normales, la gastrulación comienza cuando el tejido del extremo posterior del cuerpo se estrecha y luego empuja hacia adentro. Luego, el embrión se alarga simétricamente a ambos lados de su cuerpo para ayudar a formar el tubo hueco del intestino. En los mutantes, en lugar de alargarse simétricamente, un lado del embrión se alargó mucho más rápido que el otro, lo que provocó que el cuerpo perdiera la simetría bilateral y se convirtiera en sacacorchos.

La siguiente pregunta fue qué había sucedido genéticamente. Algunos sistemas genéticos diferentes están asociados con la forma de sacacorchos. Smits tomó imágenes de moscas con mutaciones en cada uno de estos sistemas genéticos y descubrió que, al menos durante la gastrulación, solo un sistema mutado conducía a la torsión. Tenía un defecto en el llamado “sistema de patrones terminales”, que dirige a las células a ingresar al cuerpo desde el extremo posterior del embrión, formando el intestino. Smits descubrió que estos mutantes también carecían de un gen llamado scb, que codifica una proteína de membrana que sobresale de la célula. La proteína puede actuar como un andamio que se ha demostrado que ayuda al embrión a adherirse a la cáscara del huevo.

Cada vez que un genetista ve un defecto en la simetría, el error apunta a "un sistema que debería haber preservado la simetría, pero no funcionó perfectamente", dice el autor principal Stanislav Shvartsman, biólogo del desarrollo de Princeton. En embriones normales donde el sistema de patrones terminales funciona correctamente, el intestino se desarrolla con simetría bilateral. Eso sugiere que algo en esta vía genética mantiene la simetría, mientras que los mutantes no pueden.

Cómo exactamente el sistema de patrones terminales mantiene la simetría en embriones normales es una cuestión abierta, pero Shvartsman y Smits tienen una teoría. Se ha demostrado que la proteína scb ayuda a que las células se adhieran a la cáscara del huevo de la mosca de la fruta. En embriones normales, la proteína de scb se expresa en forma de punta de flecha en el tercio posterior del cuerpo. Entonces, tal vez, cuando los embriones normales se desvían de la línea media del desarrollo simétrico, la proteína scb ayuda a guiar a las células de regreso a su camino, agarrando la cáscara del huevo, casi como los topes en una bolera, dice Smits.

Durante la última década, cada vez más estudios de biología del desarrollo han explorado la interacción entre genes y mecanismos (en este caso, la adhesión celular y el alargamiento de los tejidos) para comprender cómo se influyen mutuamente en el desarrollo embrionario, dice Grigory Genikhovich, biólogo del desarrollo de la Universidad de Viena. Este último artículo ofrece un estudio de caso que "se ajusta mucho a esta dirección general", afirma.

El biólogo del desarrollo Daniel Grimes, de la Universidad de Oregón, considera que el artículo ofrece un mecanismo mediante el cual la simetría se mantiene activamente en las moscas de la fruta normales y se pierde en las mutantes. "Las diferencias aleatorias, aunque pequeñas, entre izquierda y derecha ocurren inevitablemente a medida que se forman los embriones, pero los embriones parecen estar configurados de tal manera que puedan lidiar con ellas", dice Grimes. "Las condiciones mutantes en el artículo son como un tren fuera de control, donde las pequeñas diferencias entre izquierda y derecha empeoran cada vez más porque el embrión ha perdido la capacidad de lidiar con esas diferencias aleatorias".

De cara al futuro, Smits dice que una próxima dirección de investigación es buscar barreras de desarrollo sobre la simetría bilateral en otros organismos, especialmente especies marinas que se desarrollan en ambientes fluctuantes. Comprender los mecanismos que suprimen los errores en la embriogénesis y qué organismos son mejores para recuperarse de los errores también podría ayudar a predecir cuáles serán más resistentes al cambio ambiental.

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