El estudio publicado en eLife y liderado por el Instituto de Biología Evolutiva (IBE, CSIC-UPF) y el Instituto de Investigación Biomédica (IRB), ha revelado que el gen Chinmo es el responsable de establecer el estadio juvenil en los insectos. El estudio también confirma que los genes Br-C y E93 tienen un papel regulador de la madurez en insectos. Estos genes también están presentes en los humanos actuando como promotor y como supresor, respectivamente, de procesos cancerosos.

Los resultados de la investigación, realizada con la mosca de la fruta, Drosophila melanogaster, y la cucaracha Blattella germanica, descubren que estos genes se han conservado a lo largo de la evolución de los insectos, por lo cual se cree que podrían tener un papel clave en la evolución de la metamorfosis.

Células imaginales precursoras del ala adulta de Drosophila melanogaster: La ausencia de Chinmo en las células imaginales suprime el crecimiento del ala (izquierda) comparado con el tejido precursor del ala control (centro), mientras que la sobreexpresión del gen Chinmo induce un sobrecrecimiento del tejido, tal y como sucede en los procesos tumorales (derecha). Imagen de Panagiotis Giannios.

Los genes Chinmo, Br-C y E93 son las manecillas del reloj biológico de los insectos

Los insectos que hacen la metamorfosis completa, como las moscas, pasan por tres estadios de desarrollo, el embrión, que se genera dentro del huevo, la larva (estadio juvenil) que crece en varias fases y la pupa, estadio en el cual se produce la metamorfosis para formar el organismo adulto.

Estudios anteriores habían descubierto que el gen Br-C determina la formación de la pupa en insectos. En 2019, el mismo equipo del IBE que ha liderado este estudio, describió la función esencial de E93 para completar la metamorfosis en los insectos e iniciar la maduración de los tejidos que formarán el adulto.

Sin embargo, el gen responsable de determinar el estadio juvenil se desconocía hasta ahora. Este estudio ha identificado el gen Chimno, como el principal precursor del estadio juvenil en los insectos.

Mediante la supresión del gen Chinmo en ejemplares de Drosophila, la investigación observó que estos insectos avanzaban hacia el estado de pupa sin completar el estadio juvenil, pasando precozmente hacia el estado adulto, lo cual confirma que Chinmo es esencial para el desarrollo juvenil.

“Hemos descubierto que Chinmo promueve el crecimiento de los tejidos durante el estadio juvenil de Drosophila, manteniendo las células indiferenciadas. Así, mientras se expresa Chinmo, las células no pueden diferenciarse, puesto que suprime la acción de los genes encargados de formar los tejidos adultos.” Señala Xavier Franch, investigador del IBE (CSIC-UPF) que ha coliderado el estudio.

De este modo, el estudio concluye que para pasar del estadio juvenil a la pupa y realizar la metamorfosis con éxito, el gen Chinmo tiene que inactivarse. Así mismo, se confirma que la acción secuencial de los tres genes: Chinmo, Br-C y E93, durante los estadios de larva, pupa y adulto, respectivamente, coordinan la formación de los diferentes órganos que constituyen el organismo adulto.

Los genes reguladores del crecimiento tienen un papel clave en los procesos cancerosos

Chinmo y Br-C pertenecen a la extensa familia de los factores de transcripción BTB-ZF, proteínas implicadas en el cáncer que también se encuentran en los humanos. A pesar de que estudios anteriores ya habían demostrado que Chinmo es un precursor del cáncer, el papel de Br-C y E93 en esta enfermedad se desconocía hasta ahora.

“Conocer el funcionamiento molecular del crecimiento celular puede ayudar a comprender mejor los procesos cancerosos. Las células sanas crecen, se diferencian y maduran, las cancerosas, en cambio, crecen sin control, no se diferencian y no llegan a madurar. Por este motivo, determinar el papel de Chinmo, Br-C y E93 puede ser clave para futuras investigaciones clínicas.” Señala Jordi Casanova, investigador del IRB y coautor del estudio.

La investigación demuestra que mientras Chinmo es un precursor oncogénico porque promueve el crecimiento de los tejidos e impide la diferenciación, Br-C y E93 actúan como supresores tumorales al activar la maduración de los tejidos.

Chinmo revela el origen de la evolución de la metamorfosis

La metamorfosis completa de insectos como las mariposas o las moscas es una innovación evolutiva que ha aparecido gradualmente durante la evolución a partir de insectos que presentan una metamorfosis mucho más simple, como las cucarachas. Para entender cómo ha tenido lugar este proceso gradual, los investigadores han analizado la función de Chinmo, Br-C y E93, en las cucarachas.

“Analizar la función de estos genes en diferentes especies de insectos nos permite observar cómo actúa la evolución. El hecho que la función de Chinmo se conserve en insectos tan separados evolutivamente como las moscas y las cucarachas nos da pistas sobre cómo se originó la metamorfosees.” Explica David Martin, Investigador del IBE (CSIC-UPF) que ha coliderado el estudio.

De este modo, los resultados del estudio indican que en insectos más basales, como la cucaracha, la acción reguladora de Chinmo y E93 son suficientes para determinar el paso de la forma juvenil a la adulta. La introducción del gen Br-C, no obstante, ha permitido la invención de la pupa y la aparición de la metamorfosis completa a través de un nuevo estadio de pupa en insectos como la mosca.

Artículo de referencia: 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