L'estudi publicat a eLife i liderat per l’Institut de Biologia Evolutiva (IBE, CSIC-UPF) i l’Institut de Recerca Biomèdica (IRB), ha revelat que el gen Chinmo és el responsable d’establir l’estadi juvenil en els insectes. L’estudi també confirma que els gens Br-C i E93 tenen un paper regulador de la maduresa en insectes. Aquests gens també estan presents en els humans actuant com a promotor i com a supressor, respectivament, de processos cancerosos.

Els resultats de la investigació, realitzada amb la mosca de la fruita, Drosophila melanogaster, i la panerola Blattella germanica, descobreixen que aquests gens s’han conservat al llarg de l’evolució dels insectes, per la qual cosa es creu que podrien tenir un paper clau en l’evolució de la metamorfosi.

Els gens Chinmo, Br-C i E93 són les manetes del rellotge biològic dels insectes

Els insectes que fan la metamorfosi completa, com les mosques, passen per tres estadis de desenvolupament, l’embrió, que es genera dins de l’ou, la larva (estadi juvenil) que creix en diverses fases i la pupa, estadi en el qual es produeix la metamorfosi per formar l’organisme adult.

Estudis anteriors havien descobert que el gen Br-C determina la formació de la pupa en insectes.  El 2019, el mateix equip de l’IBE que ha liderat aquest estudi, va descriure la funció essencial d’E93 per completar la metamorfosi en els insectes i iniciar la maduració dels teixits que formaran l’adult.

En canvi,  el gen responsable de determinar l’estadi juvenil es desconeixia fins ara. Aquest estudi ha identificat el gen Chimno, com el principal precursor de l’estadi juvenil en els insectes.

Mitjançant la supressió del gen Chinmo en exemplars de Drosophila, la investigació va observar que aquests insectes avançaven cap a l’estat de pupa sense completar l’estadi juvenil, passant precoçment cap a l’estat adult, la qual cosa confirma que Chinmo és essencial per al desenvolupament juvenil.

“Hem descobert que Chinmo promou el creixement dels teixits durant l’estadi juvenil de Drosophila, mantenint les cèl·lules indiferenciades. Així, mentre s’expressa Chinmo, les cèl·lules no es poden diferenciar, ja que suprimeix l’acció dels gens encarregats de formar els teixits adults.” Assenyala Xavier Franch, investigador de l’IBE (CSIC-UPF) que ha coliderat l’estudi.

D’aquesta manera, l’estudi conclou que per passar de l’estadi juvenil a la pupa i realitzar la metamorfosi amb èxit, el gen Chinmo ha d’inactivar-se. Així mateix, es confirma que l’acció seqüencial dels tres gens: Chinmo, Br-C i E93, durant els estadis de larva, pupa i adult, respectivament, coordinen la formació dels diferents òrgans que constitueixen l’organisme adult.

Cèl·lules imaginals precursores de l'ala adulta de Drosophila melanogaster: L'absència de Chinmo en les cèl·lules imaginals suprimeix el creixement de l'ala (esquerra) comparat amb el teixit precursor de l'ala control (centre), mentre que la sobreexpressió del gen Chinmo indueix un sobrecreixement del teixit, tal com succeeix en els processos tumorals (dreta). Imatge de Panagiotis Giannios.

Els gens reguladors del creixement tenen un paper clau en els processos cancerosos

Chinmo i Br-C pertanyen a l’extensa família dels factors de transcripció BTB-ZF, proteïnes implicades en el càncer que també es troben en els humans. Tot i que estudis anteriors ja havien demostrat que Chinmo és un precursor del càncer, el paper de Br-C i E93 en aquesta malaltia es desconeixia fins ara.

“Conèixer el funcionament molecular del creixement cel·lular pot ajudar a comprendre millor els processos cancerosos. Les cèl·lules sanes creixen, es diferencien i maduren, les canceroses, en canvi, creixen sense control, no es diferencien i no arriben a madurar. Per aquest motiu, determinar el paper de Chinmo, Br-C i E93 pot ser clau per a futures investigacions clíniques.” Assenyala Jordi Casanova, investigador de l’IRB i coautor de l’estudi.

La investigació demostra que mentre Chinmo és un precursor oncogènic perquè promou el creixement dels teixits i n’impedeix la diferenciació, Br-C i E93 actuen com a supressors tumorals en activar la maduració dels teixits.

Chinmo revela l’origen de l’evolució de la metamorfosi

La metamorfosi completa d’insectes com les papallones o les mosques és una innovació evolutiva que ha aparegut gradualment durant l’evolució a partir d’insectes que presenten una metamorfosi molt més simple, com les paneroles. Per entendre com ha tingut lloc aquest procés gradual, els investigadors han analitzat la funció de Chinmo, Br-C i E93, en les paneroles.

“Analitzar la funció d’aquests gens en diferents espècies d’insectes ens permet observar com actua l’evolució. El fet que la funció de Chinmo es conservi en insectes tan separats evolutivament com les mosques i les paneroles ens dona pistes sobre com es va originar la metamorfosis.” Explica David Martin, Investigador de l’IBE (CSIC-UPF) que ha coliderat l’estudi.

D’aquesta manera, els resultats de l’estudi indiquen que en insectes més basals, com la panerola, l’acció reguladora de Chinmo i E93 són suficients per determinar el pas de la forma juvenil a l’adulta. La introducció del gen Br-C, però, ha permès la invenció de la pupa i l’aparició de la metamorfosi completa a través d’un nou estadi pupal en insectes com la mosca.

Article de referència: Silvia Chafino, Panagiotis Giannios, David Martin, Xavier Franch-Marro, Antagonistic role of the BTB-zinc finger transcription factors chinmo and broad-complex in the juvenile/pupal transition and in growth control, eLife 2023, doi.org/10.7554/eLife.84648