En la Universidad japonesa de Tohoku, en Sendai, especialistas en biología evolutiva desvelan los mecanismos de regulación de la expresión génica, que impulsan la metamorfosis de los corales de larvas que flotan libremente en el océano a adultos sedentarios constructores de arrecifes.
Como describe en el estudio que aparece en Zoological Letters, Shinichiro Maruyama, uno de los coautores, el momento en que los corales realizan la metamorfosis de larvas nadadoras (planctónicas) a pólipos sedentarios es quizás el evento trascendental en la vida de este animal, produciendo un cambio radical y abrupto tanto en la estructura corporal como en el comportamiento.
Cuando las larvas encuentran ciertas señales o estímulos de una superficie subyacente (sustrato), dejan de nadar, descansan sobre ella en un extremo y adoptan una forma redonda.
En el caso del coral Acropora, estas señales provienen de una acumulación (biopelícula) de algas. Si las larvas reciben suficientes estímulos de este sustrato, dan el siguiente paso y experimentan una diferenciación celular radical e irreversible, incluida una unión estable al sustrato.
Sin embargo, los procesos moleculares a nivel genético y celular de esta metamorfosis han sido durante mucho tiempo un misterio. Anteriormente, otros investigadores identificaron un período de tiempo crítico en el que las células del género coralino Acropora (entre cuyas más de 150 especies se encuentran algunas de las principales responsables de la construcción de arrecifes) se dedican a esta transformación.
A partir de este momento, estos corales no pueden volver a su estado anterior a la metamorfosis, lo que los científicos denominan punto de no retorno. Pero lo que sucede durante ese instante a un nivel más profundo ha permanecido hasta ahora desconocido.
‘Punto de no retorno’ de los corales
Ahora, estos científicos analizaron los cambios en el transcriptoma, el conjunto completo de moléculas de ARN mensajero (ARNm) producidas por un organismo o célula, antes y después del punto de no retorno en una especie de Acropora.
Las moléculas de ARNm desempeñan el papel clave de transcribir la receta génica codificada en el ADN, para producirla y llevarla a las fábricas de proteínas en la célula; esto es, a los ribosomas.
El análisis del transcriptoma del coral en los momentos antes y después de la metamorfosis debería decirles a los científicos cuál es la diferencia en las recetas génicas que se activan (expresión génica) durante este período.
Los investigadores recogieron muestras de colonias de la especie Acropora tenuis de la isla Sesoko, en Okinawa. Luego, los corales se mantuvieron en tanques diseñados para ser similares a su entorno natural. Se indujo la metamorfosis mediante la aplicación de un neuropéptido, conocido por impulsar este proceso, y se tomaron más muestras destinadas a la extracción de ARN en múltiples momentos diferentes antes y después del punto de no retorno.
Como detallan en su estudio, después secuenciaron el ARN, lo que ofreció un análisis de los cambios en la expresión génica con una resolución de tiempo que mostró una serie de mecanismos moleculares, probablemente, involucrados en la irreversibilidad de la metamorfosis.
De esta forma encontraron que las alteraciones en la percepción de la señal ocurren a través de un cambio en la expresión de un grupo de genes que regulan los receptores de proteína G (GPCR), en particular las proteínas del receptor GABA y las proteínas Frizzled, en la etapa temprana de la metamorfosis, así como los que impulsan la descomposición de ciertas proteínas.
Hallazgo inesperado
Los GPCR son uno de los grupos más grandes de receptores en la superficie de las células y actúan como una especie de buzón, recibiendo mensajes de proteínas, azúcares, grasas y otras moléculas.
Estos mensajes le dan información a la célula sobre su entorno o transmiten información de otras células y activan otras moléculas mensajeras dentro de la célula, dirigiendo algún tipo de respuesta.
Los receptores Frizzled desempeñan un papel clave en el desarrollo del embrión, mientras que los GABA responden al neurotransmisor del mismo nombre; un compuesto que funciona para inhibir actividades particulares y hacer que las células se diferencien.
En este caso, la respuesta celular a los estímulos mediada por receptores implica la diferenciación celular y la descomposición de ciertas proteínas que, en combinación, dan como resultado cambios drásticos que hacen que el proceso de metamorfosis sea irreversible.
Los investigadores también sugieren que los receptores GABA pueden desempeñar un papel en la búsqueda de las larvas de un sustrato adecuado antes de la metamorfosis, asegurando un entorno adecuado para la forma adulta. Esta habilidad se pierde a medida que avanza la metamorfosis, ya que esa búsqueda ya no es necesaria.
Shinichiro Maruyama, coautor del estudio, reconoce que la expresión génica de proteínas de fluorescencia verde, después del punto de no retorno, fue un hallazgo inesperado, “que implica que hay algún tipo de papel fisiológico y ecológico clave de la fluorescencia en las primeras etapas de desarrollo”.
Tras identificar los candidatos para los genes involucrados en esta metamorfosis, estos científicos quieren saber ahora si la modificación de estos mismos genes puede alterar el punto de no retorno. Reconocen que sus hallazgos se limitan a los corales en un entorno de laboratorio, pero quieren explorar si cambian los resultados en el mundo real.
