Los Genes Homeobox

Hace tiempo que tenemos olvidada la Evo-Devo, la Biología del Desarrollo, de la que ya habíamos hablado algo. Merece la pena que comentemos el que probablemente es el descubrimiento más fascinante de esta disciplina, el de los Genes Homeobox. Los genes Homeobox son unos genes que gobiernan el desarrollo ( la morfogénesis) de los animales que se fueron descubriendo en los años 80 del siglo pasado para asombro de toda la comunidad científica. Los trabajos iniciales se realizaron en la sufrida mosca de la fruta, Drosophila Melanogaster, tras observar moscas mutantes espontáneas en las que se vio que tenían dos pares de alas en vez de una o patas en lugar de antenas, y los genes se encontraron en su tercer cromosoma ( la mosca tiene cuatro cromosomas) agrupados en dos racimos. El primero es el Bithorax Complex que contiene tres genes que regulan la parte trasera de la mosca. El otro racimo se llama Antennapedia Complex y contiene cinco genes que regulan la parte anterior de la mosca. En total ocho genes que curiosamente están ordenados en el mismo orden que las partes corporales que afectan.

Para el año 1983 ya se había analizado el ADN de estos genes llamados homeóticos y la primera sorpresa fue que de las 1000 bases, aproximadamente, que codificaban cada una de las diferentes proteinas homeóticas, había una secuencia de 180 pares de bases (60 aminoácidos) muy similar en los ocho genes. A esta secuencia compartida que era como una caja ( box) se le llamó Homeobox ( los geneticistas dan unos nombres muy raros a los genes) y a la proteína que codificaban el homeodominio. A los genes con esta secuencias homeobox se les llamó Hox, para abreviar. La estructura del Homeodominio se vio que tenía similitudes con el lac repressor y otras proteinas similares que funcionan como interruptores genéticos en las bacterias. Esto hizo pensar que los genes homeobox actúan también regulando interruptores genéticos ( de un gran número de genes) durante el desarrollo animal que afectan a estructuras completas como ojos, alas o patas.

Todo esto es muy complicado ¿pero dónde está lo interesante? Bien, cuando se examinaron estos genes en ratas y ranas se encontró que de los 60 aminoácidos del homeodominio ¡59 eran comunes! Tenemos que tener en cuenta que moscas y ratones divergieron evolutivamente hace más de 500 millones de años, antes de la explosión Cámbrica. Esto quiere decir que estos genes Hox son tan importantes que su secuencia se ha preservado durante ese enorme plazo de tiempo. Pero eso no es todo: los racimos en que se agrupaban los genes en el ratón eran exactamente iguales que en la mosca y el orden de los genes en cada racimo correspondía con las regiones corporales que regulaban. Es decir, animales totalmente diferentes se construyen no solo usando la misma caja de herramientas sino los mismos genes.

Los genes que se encargan de formar el ojo en la mosca se llaman eyeless en la moca pero son iguales a los humanos que se llaman Aniridia ( y al Smalleye en ratón). Si se da una mutación en estos genes no se forma el ojo. Pero el ojo de una mosca y el de un ratón no tienen nada que ver y sin embargo se forman por el mismo gen. Pero el experimento definitivo fue el de introducir el gen de raton Smalleye en moscas y ver qué pasaba. Lo sorprendente fue que las moscas formaron ojos...pero...¡ ojos de mosca, no ojos de ratón! Es decir, que el producto final depende del contexto en el que actúa el gen, la especie en la que está actuando y no la especie de la que procede el gen. Pero esto mismo pasa con otras estructuras, a pesar de las grandes diferencias entre la anatomía cardiaca y del sistema circulatorio de moscas y vertebrados ambos tienen el mismos tipos de genes dedicados a la formación de sus corazones. 

Resumiendo, el descubrimiento de que el mismo conjunto de genes controla la formación y los patrones corporales con funciones similares ( pero con diseños muy diferentes) en insectos, vertebrados y otros animales obligó a repensar la historia animal, el origen de las estructuras corporales y el origen de la diversidad de formas animales. Antes se pensaba que los animales diferentes, separados por tanto tiempo evolutivo, habían evolucionado por vías diferentes. Que animales tan separados como moscas y humanos compartieran los genes que gobiernan sus estructuras corporales fue una sorpresa colosal.

Por otro lado, es uno de los ejemplos más claros que tenemos de que la vida, al nivel más profundo, es básicamente información. Que se puede cortar y pegar como si usáramos un procesador de texto, cortar un un gen de un ratón pegarlo en una mosca y hacer estructuras de mosca o viceversa es verdaderamente fascinante.

Referencia

Endless forms most beautiful Sean B. Carroll