Un órgano llamado vesícula de Kupffer, que ayuda a especificar los lados izquierdo y derecho del pez en desarrollo, tiene forma asimétrica en un embrión de tipo salvaje (izquierda), pero es más simétrico en ausencia de gdf3 heredado por la madre (derecha). Crédito:Pelliccia et al., 2017
Un nuevo estudio indica un papel esencial para un gen heredado de la madre en el desarrollo embrionario. El estudio encontró que el pez cebra que no pudo heredar instrucciones genéticas específicas de la madre desarrolló defectos fatales al principio del desarrollo. incluso si los peces pudieran crear su propia versión del gen. El estudio realizado por investigadores de la Universidad de Princeton aparece en la edición del 15 de noviembre de la revista eLife .
Cuando las hembras forman óvulos dentro de sus ovarios, depositan ARN mensajero (ARNm), una especie de conjunto de instrucciones genéticas, en el citoplasma del óvulo. Después de la fertilización, Estos ARNm suministrados por la madre pueden traducirse en proteínas necesarias para las primeras etapas del desarrollo embrionario. antes de que el embrión sea capaz de producir ARNm y proteínas por sí mismo.
Hace más de treinta años, Los investigadores descubrieron que los ARNm que codifican una proteína llamada Vg1 se depositan en el citoplasma de los huevos de rana. "vg1 es famoso por ser uno de los primeros ARNm maternos reconocidos, "dijo Rebecca Burdine, profesor asociado de biología molecular en Princeton. "Se han escrito una gran cantidad de artículos sobre cómo se localiza y regula este ARN, pero nunca estuvo claro qué hace realmente la proteína Vg1 en el embrión en desarrollo ".
En el estudio, Burdine y dos estudiantes de posgrado, José Pelliccia y Granton Jindal, utilizaron la edición de genes CRISPR / Cas9 para eliminar Vg1, conocido como Gdf3 en pez cebra. Los embriones que no pudieron producir ningún Gdf3 por sí mismos, pero recibieron una porción saludable del ARNm de gdf3 de sus madres, se desarrollaron perfectamente con normalidad. Pero los embriones que no recibieron ARNm de gdf3 materno mostraron defectos importantes al principio de su desarrollo, muriendo solo tres días después de la fertilización.
"Si la madre no suministra gdf3 al óvulo, el óvulo fertilizado no puede producir dos de los tres tipos principales de células requeridas para el desarrollo, "Dijo Burdine." Los embriones carecen de todos los [tipos de células conocidos como] mesodermo y endodermo y quedan con piel y algo de tejido neural, [que derivan del tercer tipo de célula principal, el ectodermo] ".
Vg1 / Gdf3 es un miembro de la familia TGF-beta de moléculas de señalización celular. Otros dos miembros de esta familia, Ndr1 y Ndr2, son necesarios para formar el mesodermo y el endodermo temprano en el desarrollo del pez cebra. Los embriones que carecen de gdf3 provista por la madre se ven muy similares a los embriones que carecen de estas dos proteínas, que son análogas a las proteínas Nodal 1 y 2 en mamíferos.
Comparado con un embrión de pez cebra normal (derecha), un embrión que carece de gdf3 (izquierda) heredado de la madre muestra defectos importantes como resultado de su incapacidad para formar células de mesodermo y endodermo temprano en el desarrollo. Crédito:Pelliccia et al., 2017.
Los investigadores encontraron que se requiere gdf3 materno para que Ndr1 y Ndr2 señalen a los niveles necesarios para inducir adecuadamente la formación de células de mesodermo y endodermo en los primeros embriones de pez cebra. En ausencia de gdf3, La señalización de Ndr1 y Ndr2 se reduce drásticamente y el desarrollo embrionario sale mal.
La señalización nodal también se requiere más adelante en el desarrollo del pez cebra cuando ayuda a establecer diferencias entre los lados izquierdo y derecho del embrión en desarrollo. Hace esto, en parte, al dirigir la formación de un órgano conocido como vesícula de Kupffer, cuya forma asimétrica ayuda a determinar los lados izquierdo y derecho del embrión. Después, La señalización nodal induce la expresión de una tercera proteína nodal, llamado zurdo, en un grupo de células del mesodermo en el lado izquierdo del embrión.
Para investigar si el ARNm de gdf3 suministrado por la madre también juega un papel en el patrón de izquierda a derecha, los investigadores utilizaron una serie de trucos experimentales para suministrar a los embriones suficiente proteína Gdf3 para formar el mesodermo y el endodermo y sobrevivir hasta las últimas etapas del desarrollo embrionario.
Como se predijo, estos embriones mostraron defectos en el patrón de izquierda a derecha. Las vesículas de Kupffer tenían una forma anormalmente simétrica, y la expresión de zurdo se redujo considerablemente, lo que sugiere que gdf3 también es necesario para una señalización nodal óptima durante las últimas etapas del desarrollo embrionario. En este punto, sin embargo, embrionario gdf3 parece ser capaz de hacer el trabajo si el gdf3 suministrado por la madre está ausente.
Se sabe que las proteínas nodales y Vg1 se unen entre sí en otras especies. "Por lo tanto, planteamos la hipótesis de que Gdf3 se combina con Ndr1 y Ndr2 para facilitar la señalización nodal durante el desarrollo del pez cebra, actuando como un factor esencial en el patrón embrionario, "dijo Pelliccia, estudiante de posgrado en biología molecular. El coautor Jindal obtuvo su Ph.D. en ingeniería química y biológica en 2017.
Al mismo tiempo que Burdine y sus colegas, otros dos grupos de investigación, dirigido por Joe Yost en la Universidad de Utah y Alex Schier en la Universidad de Harvard, hizo hallazgos similares sobre el papel de gdf3 durante el desarrollo del pez cebra. "Los tres grupos trabajaron juntos para presentar y publicar conjuntamente en eLife , Permitir que los estudiantes involucrados obtengan crédito por su arduo trabajo, ", Dijo Burdine." Es un gran ejemplo de cómo se debe hacer ciencia ".
