The results of this study demonstrate for the first time that E93 is a key and essential factor to the insect adult development and to induce metamorphosis in all winged insects. This work not only represents a significant advance in the characterization of the molecular mechanisms controlling insect metamorphosis, but it is also important to understand the transition to the adult forms of higher organisms.

Referencia: Ureña, E., Manjón C., Franch-Marro, X. Martín D.Transcription factor E93 specifies adult metamorphosis in hemimetabolous and holometabolous insects. 2014. Proceedings of the National Academy of Sciences USA.

Descubierto el factor que controla la metamorfosis de los insectos

Uno de los procesos más fascinantes que tienen lugar durante el desarrollo de los organismos superiores consiste en la transición desde sus formas inmaduras sin capacidad de reproducción a formas adultas ya maduras. En los humanos, por ejemplo, esta transición se caracteriza por profundos cambios durante la pubertad y la adolescencia. En este sentido, los insectos se han revelado como organismos-modelo muy útiles para caracterizar los mecanismos moleculares y genéticos que controlan la diferenciación adulta durante el proceso de la metamorfosis.

Los insectos alados, además, añaden un nivel de complejidad adicional para este tipo de estudios ya que presentan dos estrategias metamórficas diferentes. La primera se basa en el crecimiento directo y los insectos que la presentan, los hemimetábolos (cucarachas, saltamontes y langostas), crecen mediante dos fases del desarrollo  morfológicamente muy parecidas, la ninfa y el adulto. Por el contrario, los insectos holometábolos (escarabajos, mariposas o moscas, entre otros) presentan tres fases crecimiento morfológicamente diferenciadas, larva, pupa y adulto. En estos insectos, la reorganización del patrón morfológico para dar lugar al adulto es tan dramática que la metamorfosis tiene lugar en una nueva fase del desarrollo específico de éstos insectos, la pupa.

Hasta la fecha la mayoría de esfuerzos para entender la regulación de la metamorfosis de los insectos se habían dirigido a la caracterización de los factores que mantienen a los insectos en sus formas juveniles a lo largo del desarrollo post-embrionario. Estos estudios habían demostrado que una hormona, la hormona juvenil, era la responsable de mantener al insecto en su forma juvenil. Es por ello que la desaparición de esta hormona durante los últimos estadios juveniles de los insectos permitía la transformación metamórfica que daba lugar a la aparición del insecto adulto. Sin embargo, hasta ahora se desconocía la identidad de los factores responsables de inducir la diferenciación adulta en los diferentes órganos y tejidos durante el periodo metamórfico de los insectos alados.

Ahora, tras muchos años de estudio los investigadores del IBE han identificado finalmente el factor responsable de inducir y controlar la metamorfosis en insectos hemimetábolos y holometábolos. La clave reside en el factor E93, factor de transcripción de la familia pipsquick, cuya expresión se incrementa dramáticamente durante el periodo metamórfico en ambos tipos de insectos, la última fase ninfal en los hemimetábolos y la pupa en los holometábolos. Además, cuando los investigadores silenciaron la expresión de E93 en ninfas de último estadio del insecto modelo hemimetábolo, la cucaracha Blattella germanica, mediante el uso de la técnica de la interferencia del RNA, éstas en lugar de mudar a la fase de adulto, mudaron repetidamente a nuevas fases ninfales supernumerarias, incluso en ausencia de hormona juvenil. Para comprobar si la función de esta factor estaba conservada en los insectos holometábolos, los investigadores del IBE silenciaron la expresión de E93 durante el periodo pupal en los insectos holometábolos Tribolium castaneum y Drosophila melanogaster. Al igual que en el caso de la cucaracha, ambos insectos fueron incapaces de diferenciarse a sus formas adultas repitiendo una nueva fase pupal supernumeraria. Interesantemente, los investigadores también demostraron que E93 no sólo es necesario para inducir la diferenciación adulta sino que también es responsable de reprimir dos factores de transcripción que son clave en el mantenimiento del programa genético juvenil, Krüppel-homolog 1 y Broad-Complex, durante el periodo metamórfico. Estos resultados demuestran, sin ambigüedades, que E93 es el factor clave e imprescindible para que se induzca y desarrolle correctamente la metamorfosis en todos los insectos alados. En resumen, este trabajo no sólo representa un avance muy significativo en la caracterización de los mecanismos moleculares que controlan la metamorfosis de los insectos, sino que también es importante para entender la transición a las formas adultas de los organismos superiores.

El estudio ha sido desarrollado por investigadores del grupo de investigación dirigido por el Dr. David Martín en colaboración con el grupo dirigido por el Dr. Xavier Franch-Marro, ambos pertenecientes al Instituto de Biología Evolutiva (IBE; centro mixto del CSIC y la Universidad Pompeu Fabra). Los resultados se publican esta semana en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).