La adolescencia es un periodo lleno de cambios que nos prepara para la edad adulta, y en los insectos esta etapa corresponde con una fase específica de la metamorfosis: la pupa. Pero, ¿cómo sabe el organismo que ha llegado el momento de dejar atrás la adolescencia y avanzar hacia su forma adulta? Investigaciones previas apuntaban a que el desarrollo de los insectos está regulado por tres genes principales, que actúan de manera secuencial: Chinmo, que mantiene el estado juvenil; Broad, que permite la transición a la fase adolescente; y E93, que conduce a la edad adulta.

Ahora, un estudio liderado por el Instituto de Biología Evolutiva (IBE), un centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad Pompeu Fabra (UPF), ha revelado el mecanismo genético que controla la transición de la adolescencia a la edad adulta en los insectos. Hasta ahora, se pensaba que el gen E93 era el principal responsable de iniciar la fase adulta, pero la investigación, publicada en la revista PNAS, ha demostrado que este proceso no puede comenzar hasta que el gen Broad, que regula la adolescencia, se inactiva.

"Hemos descubierto que, para que E93 pueda inducir el paso a la etapa adulta, primero es necesario que se elimine la presencia de Broad, algo que, curiosamente, hace el mismo E93", explica Josefa Cruz, investigadora del grupo de Biología del Desarrollo y Evolución del IBE y primera autora del estudio. Este descubrimiento ha sido especialmente relevante para comprender el desarrollo de un órgano clave para muchos insectos: las alas. El individuo debe "dejar ir" la adolescencia para desplegarlas y empezar a volar. "Podríamos decir que Broad es el gen 'Peter Pan', ya que induce y mantiene al insecto en una fase intermedia entre la fase juvenil y la adulta, dando tiempo para que los órganos se desarrollen correctamente antes de la transición a la adultez", añade Cruz.

Una tríada genética clave para la investigación contra el cáncer

Este estudio, publicado en la revista PNAS, no solo profundiza en el mecanismo genético de la metamorfosis de los insectos, sino que también podría tener implicaciones en la investigación sobre la pubertad humana y el cáncer. Los genes Chinmo, Broad y E93, esenciales en la regulación temporal del desarrollo de los insectos, tienen homólogos en humanos con un papel clave en procesos cancerígenos. Mientras que Chinmo actúa como un precursor oncogénico, promoviendo el crecimiento celular e impidiendo su diferenciación, Broad y E93 funcionan como supresores tumorales, limitando la proliferación descontrolada y favoreciendo la maduración celular.

El desarrollo de los insectos y de los humanos se puede dividir en tres etapas equivalentes: fase larval, pupal y adulta en insectos—representado en el modelo de la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster)—y la infancia, pubertad y adultez en humanos. La identidad de cada etapa del desarrollo en insectos está regulada por la expresión secuencial de los factores temporales chinmo, broad y E93. En ausencia del especificador adulto E93, la pupa no puede completar la transición a la etapa adulta y se mantiene en estado pupal. Crédito a Josefa Cruz, Xavier Franch y David Martín.
 

"Las células cancerosas que forman los tumores son células desreguladas, que conservan una identidad más juvenil y plástica, lo que les permite dividirse rápidamente", explica Xavier Franch, investigador principal en el IBE y corresponsable del estudio. "Genéticamente, estas células se encuentran en un estado similar a la etapa juvenil de los insectos, donde Chinmo favorece el crecimiento acelerado de los tejidos. En cambio, la pubertad marca el inicio de la diferenciación celular y, por lo tanto, el fin de la proliferación."

El avance en la comprensión de estos mecanismos genéticos abre nuevas vías para la investigación de terapias contra el cáncer, basadas en la modulación de los procesos de división y diferenciación celular. "En el cáncer de mama, por ejemplo, se ha observado que la activación del gen LCoR – el homólogo de E93, el especificador de la etapa adulta – en las células tumorales frena la proliferación", añade Franch.

El papel de Broad en la evolución: determinante para el éxito de los insectos

El estudio revela que el gen Broad fue fundamental en la evolución de la metamorfosis completa de los insectos, una innovación clave que ha permitido su extraordinaria diversificación. De hecho, el 80% de las especies de insectos descritas y el 65% de todas las especies animales presentan este tipo de metamorfosis.

"Los insectos con metamorfosis simple, como las cucarachas, pasan directamente de la etapa juvenil a la adulta y Broad no tiene un papel relevante en ellos. En cambio, en los insectos con metamorfosis completa, este gen ha sido esencial para establecer la fase pupal, haciendo posible un desarrollo metamórfico mucho más complejo", explica David Martín, investigador principal en el IBE y corresponsable del estudio. Según Martín, "la interacción entre los genes E93 y Broad ha sido fundamental para el origen de esta fase intermedia – la adolescencia de los insectos –, un factor decisivo en su éxito evolutivo".

Este descubrimiento también podría ofrecer nuevas perspectivas sobre la evolución humana. "Los humanos somos animales neoténicos, mantenemos rasgos juveniles durante la edad adulta, como la forma del cráneo, que recuerda a la de los niños. En este sentido, somos los 'Peter Pan' de los homínidos, y entender cómo los genes regulan la plasticidad celular durante la adolescencia en otros organismos puede ayudarnos a comprender mejor qué nos define como especie", concluye Cruz.

El estudio ha recibido financiación 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 otros.

Artículo referenciado:

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).