El nou treball se centra en lʼestudi del gen Sonic Hedgehog (Shh), un morfogen ubicat en el braç curt del cromosoma 7 en l'espècie humana. Tal com explica el catedràtic Jordi Garcia- Fernández, cap del Reg-Volution Lab de la UB, «el gen Shh és un factor clau en lʼembriogènesi i en el desenvolupament de diverses estructures (sistema nerviós, extremitats, aparell gastrointestinal). En els vertebrats, els principals llocs dʼexpressió dʼaquest gen són el cervell i les extremitats. Si lʼelimines, no es desenvolupen les extremitats. Les alteracions dʼaquest gen també sʼassocien a diverses patologies del sistema nerviós».
Reconstruir el llinatge evolutiu entre invertebrats i vertebrats
El treball científic estudia els loci dels gens Hedgehog en tres espècies dʼamfiox: el Branchiostoma floridae (Estats Units), el Branchiostoma lanceolatum (Europa) i el Branchiostoma belcheri (Àsia), que són un model animal de referència en genòmica i els representants més antics del fílum dels cordats. Amb tècniques bioinformàtiques dʼanàlisi de seqüències genòmiques i de transgènesi amb peix zebra, lʼestudi compara lʼarquitectura genètica ancestral del gen Hedgehog amb la dels tres representants de la família Hedgehog en vertebrats: el gen Sonic Hedgehog (Shh), el Desert Hedgehog (Dhh), i lʼIndian Hedgehog (Ihh).
Un dels resultats més sorprenents és que la regió reguladora (lʼestimulador o enhancer) que dirigeix lʼexpressió del gen Shh a les extremitats dels vertebrats es troba dins dʼun altre gen —lʼLmbr1—, a una distància de mil kilobases. En el cas del desenvolupament del sistema nerviós, la distància entre el gen i la regió reguladora és sensiblement inferior (desenes de kilobases).
De lʼexpressió al cervell a lʼorigen de les extremitats
Per què el gen Shh també és funcional en el desenvolupament dʼextremitats? Per quin motiu es troba tan lluny de la regió reguladora? Per donar resposta a aquestes incògnites, els experts han estudiat lʼordenació dels gens (sintènia) en les espècies comparades. «Les regions reguladores que determinen lʼexpressió de lʼShh al cervell estan ben caracteritzades i es troben molt a prop dʼaquest gen», explica Garcia-Fernández. «Segons el nostre estudi, fa uns 400 milions dʼanys, una translocació cromosòmica, que és un intercanvi de fragments entre cromosomes, va situar el gen Lmrb a prop de lʼShh, el qual va adquirir una nova funcionalitat en la filogènia dels vertebrats: originar les extremitats». El treball, doncs, apunta que el que es podria considerar un error genètic —en aquest cas, una translocació— va fer que lʼShh sʼexpressés en un nou lloc i originés les extremitats en els vertebrats.
Quan el genoma es va duplicar completament
Lʼestudi aporta noves dades al debat científic sobre la hipòtesi 2R, que explica lʼorigen del genoma dels vertebrats a partir de dues duplicacions genòmiques ancestrals. Segons aquesta hipòtesi, la doble duplicació consecutiva dʼun genoma ancestral és lʼorigen de les grans famílies gèniques de vertebrats, un procés pel qual els gens també podien adquirir noves funcions. Els autors del treball mantenen que els gens Shh i Dhh es van originar en la segona duplicació, mentre que lʼIhh, que no està influït per la regió reguladora del gen Lmbr1, seria una còpia encara més ancestral en lʼescala filogenètica.
Les reordenacions cromosòmiques són canvis en lʼarquitectura del genoma que alteren la ubicació i la funcionalitat dels gens. Per això, són processos clau en lʼevolució dinàmica dels genomes i, al capdavall, en el procés adaptatiu de les espècies al seu entorn. «Les reordenacions cromosòmiques —assenyala Garcia-Fernández— són fenòmens freqüents en lʼevolució biològica. Sabem, per exemple, que els genomes del ratolí i de lʼhome són força semblants i es diferencien per moltes reordenacions cromosòmiques. Aquests errors genètics són el motor de molts canvis en el genoma, tal com sʼha vist amb la doble duplicació del genoma en lʼorigen dels vertebrats, i ara també en el cas de lʼexpressió del gen Shh per originar les extremitats en els vertebrats».
El nou treball, que amplia la visió sobre els controls dels patrons de desenvolupament corporal en els vertebrats, el signen també els experts Ignacio Maeso i Demian Burguera, del Departament de Genètica de la UB, i José Luis Gómez-Skarmeta i José L. Royo, del Centre Andalús de Biologia del Desenvolupament (CSIC).
