L’adolescència és un període ple de canvis que ens prepara per a l’edat adulta, i en els insectes aquesta etapa es correspon amb una fase específica de la metamorfosi: la pupa. Però, com sap l’organisme que ha arribat el moment de deixar enrere l’adolescència i avançar cap a la seva forma adulta? Investigacions prèvies apuntaven a que el desenvolupament dels insectes està regulat per tres gens principals, que actuen de manera seqüencial: Chinmo, que manté l’estat juvenil; Broad, que permet la transició a la fase adolescent; i E93, que condueix a l’edat adulta.

Ara un estudi liderat per l’Institut de Biologia Evolutiva (IBE), un centre mixt del Consell Superior d’Investigacions Científiques (CSIC) i la Universitat Pompeu Fabra (UPF), ha revelat el mecanisme genètic que controla la transició de l’adolescència a l’edat adulta en els insectes. Fins ara, es pensava que el gen E93 era el principal responsable d’iniciar la fase adulta, però la recerca, publicada a la revista PNAS, ha demostrat que aquest procés no pot començar fins que el gen Broad, que regula l’adolescència, s’inactiva.

“Hem descobert que, perquè E93 pugui induir el pas a l’etapa adulta, cal primer que s’elimini la presència de Broad, cosa que, interessantment, fa el mateix E93”, explica Josefa Cruz, investigadora al grup de Biologia del Desenvolupament i Evolució de l’IBE i primera autora de l’estudi. Aquest descobriment ha estat especialment rellevant per comprendre el desenvolupament d’un òrgan clau per a molts insectes: les ales. L’individu ha de “deixar anar” l’adolescència per desplegar-les i començar a volar. “Podríem dir que Broad és el gen “Peter Pan”, ja que indueix i manté l’insecte en una fase intermèdia entre la fase juvenil i l’adulta, donant temps perquè els òrgans es desenvolupin correctament abans de la transició a l’adultesa”, afegeix Cruz.

Una tríada genètica clau per a la recerca contra el càncer

Aquest estudi, publicat a la revista PNAS, no només aprofundeix en el mecanisme genètic de la metamorfosi dels insectes, sinó que també podria tenir implicacions en la recerca sobre la pubertat humana i el càncer. Els gens Chinmo, Broad i E93, essencials en la regulació temporal del desenvolupament dels insectes, tenen homòlegs en humans amb un paper clau en processos cancerosos. Mentre que Chinmo actua com un precursor oncogènic, promovent el creixement cel·lular i impedint-ne la diferenciació, Broad i E93 funcionen com a supressors tumorals, limitant la proliferació descontrolada i afavorint la maduració cel·lular.

El desenvolupament dels insectes i dels humans es pot dividir en tres etapes equivalents: fase larvària, pupal i adulta en insectes—representat en el model de la mosca del vinagre (Drosophila melanogaster)—i infantesa, pubertat i adultesa en humans. La identitat de cada etapa del desenvolupament en insectes està regulada per l'expressió seqüencial dels factors temporals chinmo, broad i E93. En absència de l'especificador adult E93, la pupa no pot completar la transició a l'etapa adulta i es manté en estat pupal. Crèdit a Josefa Cruz, Xavier Franch i David Martin.

“Les cèl·lules canceroses que formen els tumors son cèl·lules desregulades, que conserven una identitat més juvenil i plàstica, fet que els permet dividir-se ràpidament”, explica Xavier Franch, investigador principal a l’IBE i corresponsable de l’estudi. “Genèticament, aquestes cèl·lules es troben en un estat similar a l’etapa juvenil dels insectes, on Chinmo afavoreix el creixement accelerat dels teixits. En canvi, la pubertat marca l’inici de la diferenciació cel·lular i, per tant, el final de la proliferació.”

L’avenç en la comprensió d’aquests mecanismes genètics obre noves vies per a la investigació de teràpies contra el càncer, basades en la modulació dels processos de divisió i diferenciació cel·lular. “En el càncer de mama, per exemple, s’ha observat que l’activació del gen LCoR – l’homòleg d’E93, l’especificador de l’etapa adulta - en les cèl·lules tumorals en frena la proliferació”, afegeix Franch.

El paper de Broad a l’evolució: determinant per a l’èxit dels insectes

L’estudi revela que el gen Broad va ser fonamental en l’evolució de la metamorfosi completa dels insectes, una innovació clau que ha permès la seva extraordinària diversificació. De fet, el 80% de les espècies d’insectes descrites i el 65% de totes les espècies animals presenten aquest tipus de metamorfosi.

"Els insectes amb metamorfosi simple, com les paneroles, passen directament de l’etapa juvenil a l’adulta i Broad no hi té un paper rellevant. En canvi, en els insectes amb metamorfosi completa, aquest gen ha estat essencial per establir la fase pupal, fent possible un desenvolupament metamòrfic molt més complex", explica David Martín, investigador principal a l’IBE i corresponsable de l’estudi. Segons Martín, “la interacció entre els gens E93 i Broad ha estat fonamental per l’origen d’aquesta fase intermèdia - l’adolescència dels insectes -, un factor decisiu en el seu èxit evolutiu”.

Aquest descobriment també podria oferir noves perspectives sobre l’evolució humana. “Els humans som animals neotènics, mantenim trets juvenils durant l’edat adulta, com la forma del crani, que recorda la dels infants. En aquest sentit, som els ‘Peter Pan’ dels homínids, i entendre com els gens regulen la plasticitat cel·lular durant l’adolescència en altres organismes pot ajudar-nos a comprendre millor què ens defineix com a espècie,” conclou Cruz.

L’estudi ha rebut finançament de PID2021-125661NB-I00 MICIU/AEI/10.13039/501100011033 i fons FEDER, EU i del Departament de Recerca i Universitats de la Generalitat de Catalunya (SGR 00417) entre d’altres.

Article referenciat: 

J. Cruz, E. Ureña, L.P. Iñiguez, M. Irimia, X. Franch-Marro, & D. Martín, E93 controls adult differentiation by repressing broad in Drosophila, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 121 (51) e2403162121, https://doi.org/10.1073/pnas.2403162121 (2024).