Descubren que la metamorfosis de los insectos depende de una simple cadena corta de ARN

Investigadores del Instituto de Biología Evolutiva (CSIC-UPF) hacen el descubrimiento, que se publica en la revista PNAS. El microARN llamado miR-2 es el desencadenante de la metamorfosis en la cucaracha Blattella germanica.

La eliminación de miR-2 impide la metamorfosis y el insecto en lugar de producir un adulto muda a individuos monstruosos intermedios entre una ninfa y un adulto (Foto: Albert Masó)Un trabajo liderado por Xavier Bellés, profesor de investigación del CSIC y director del Instituto de Biología Evolutiva (CSIC-UPF), revela que la correcta metamorfosis de los insectos depende de un microARN, una cadena muy corta de ARN, de apenas 20 nucleótidos.

Denominado miR-2, este microARN bloquea la producción de una proteína, la Kruppel-h1, que está activa mientras el insecto es aún una larva. Cuando miR-2 bloquea la expresión de Kruppel-h1, que es, de hecho, un represor global de la metamorfosis, se desencadena inmediatamente la metamorfosis.

“Sin miR-2, la metamorfosis no se realiza. Aunque los insectos mudan, en lugar de mudar a una forma de adulto, como correspondería, mudan a otra ninfa o a una forma intermedia entre ninfa y adulto”, aclara Xavier Bellés.  “Se trata”, añade este científico, “de un elegante mecanismo en el contexto de un proceso biológico complejo, que está protagonizado por un simple microARN”.Este mecanismo ”podría ser general en insectos, e incluso podría extenderse a otros organismos típicamente metamórficos, como los anfibios, lo que abre un nuevo campo de investigación fascinante”.

Los microARN son ARN cortos y de cadena simple, que no codifican ninguna proteína, y que pueden unirse a los ARNm (o ARN mensajero) complementarios que codifican y expresan proteínas. Al acoplarse con esos ARNm, bloquean la expresión de las proteínas, impidiendo su acción.

Los microARN constituyen un nivel importante de regulación de la expresión de los genes, que se está demostrando crucial en un número creciente de procesos biológicos.

Además de Bellés, el trabajo, que se publica en el último número de la revista PNAS, tiene como autores a  Jesús Lozano y Raul Montañez, ambos investigadores del Instituto de Biología Evolutiva.

Varios experimentos y resultados muy sólidos

El trabajo es resultado de seis años de investigación. En el año 2009, estos investigadores eliminaron la expresión de todos los microARN en la cucaracha Blattella germanica, mediante el silenciamiento génico de la enzima Dicer-1. Dicha eliminación impidió que se realizase la metamorfosis correcta en los insectos. Eso implicaba que algún microARN debía estar implicado en el inicio de la metamorfosis y, automáticamente, surgieron dos preguntas clave: cuál era ese microARN y cuál la proteína que regulaba.

Entonces ya se sabía que la metamorfosis está reprimida por la hormona juvenil, que está presente en las ninfas del insecto y desaparece cuando la ninfa va a mudar a adulto. A su vez, la hormona juvenil induce la expresión de la proteína Krüppel- h1, un represor global de la metamorfosis. Cuando la producción de hormona juvenil decae en la última fase ninfal, Krüppel-h1 también deja de expresarse y se desencadena la transformación a adulto.

Lo que descubrieron los científicos con el modelo Blattella germanica en el que se habían bloqueado todos los microARN, era que la proteína Kruppel-h1 seguía expresándose aun cuando ya no había apenas hormona juvenil.

De ahí se dedujo que alguno de los microARN bloqueados debía de contribuir a la desaparición de Krüppel-h1. Entonces se estudió el ARNm que codificaba y expresaba la proteína Krüppel-h1 y se observó que contenía sitios de unión para el microARN denominado miR-2. Asimismo, se comprobó experimentalmente ese sitio de unión.

Dos experimentos adicionales sirvieron para corroborar la hipótesis.  Por un lado, se administró a los insectos un inhibidor de miR-2 en la última fase ninfal, lo cual impidió la correcta metamorfosis. En el segundo experimento, a otro grupo de cucarachas, a las que se les había bloqueado la expresión de todos los microARN,  se les administró un análogo de miR-2, lo que restauró la metamorfosis.

“Sabemos que este mecanismo puede extrapolarse a otros insectos hemimetábolos (como langostas, chinches o piojos) pero posiblemente no sea exactamente el mismo en holometábolos (mosquitos, hormigas, avispas). Seguramente serán otros microARN y otros ARNm”, concluye Xavier Bellés.

J. Lozano, R. Montañez y X. Belles. MiR-2 family regulates insect metamorphosis by controlling the juvenile hormone signaling pathway. Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).DOI: 10.1073/pnas.1418522112

Instituto de Biología Evolutiva (CSIC-UPF)

 

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