Evo-Devo de la complexitat gènica i dels somites a l'origen dels vertebrats: els gens "extended" Hox i hairy de l'amfiox.

Abstract

L'objectiu d'aquesta Tesi ha estat l'estudi dels mecanismes que han fet possible que els vertebrats hagin adquirit algunes de les característiques morfològiques que els defineixen; que els són úniques. Per a aquesta finalitat, cal escollir un organisme model al que malgrat li manquin totes aquestes innovacions, sigui el seu parent més proper. Estudis de filogènia, d'anatomia i embriologia comparada, així com dades del registre fòssil indiquen que aquest organisme és l'amfiox (Phylum Cephalochordata). Com els canvis morfològics es deuen en essència a canvis en els mecanismes del desenvolupament, s'han caracteritzat els gens del desenvolupament idonis per a l'estudi de les innovacions morfològiques de les quals ens interessava el seu origen. En concret, s'han caracteritzat i s'ha estudiat el patró d'expressió al llarg del desenvolupament de l'amfiox dels gens del grup extended Hox (Hox, Evx i Mox) i la de la família hairy i s'han comparat els seus patrons d'expressió amb les mateixes famílies gèniques de vertebrats. Aquesta aproximació comparativa ens ha permès per una banda, esbrinar quines funcions són úniques als vertebrats i per tant, poden ser responsables de l'aparició de caràcters derivats de vertebrats i per l'altra, estudiar alguns aspectes propis del desenvolupament dels cefalocordats que eren controvertits entre morfòlegs clàssics. En resum, els resultats obtinguts al llarg d'aquesta Tesi Doctoral són els següents: L'estudi dels gens Hox i Evx ens va permetre evidenciar el caràcter prototípic de la regió anterior i medial del cluster Hox de l'amfiox i de la disposició de lligament dels gens Evx a 5' d'aquest complexe. Per altra banda, la caracterització completa del cluster de l'amfiox ens va demostrar l'existència d'un gen Hox posterior (AmphiHox14) que no havia estat documentat fins al moment en cap altre organisme. L'estudi de l'expressió dels gens Evx al llarg del desenvolupament de l'amfiox ens va permetre demostrar que uns dels tres dominis d'expressió que fins aleshores es creien únics de vertebrats (el del tail bud) havia sorgit abans a l'evolució i ja era present en l'ancestre comú de cefalocordats i vertebrats. Així, tan sols a les funcions que aquesta família gènica duu a terme en la frontera entre el cervell mitjà i posterior i en les extremitats dels vertebrats, se'ls pot atribuir l'adquisició d'alguna innovació morfològica. L'estudi dels gens Mox i hairy ens va permetre caracteritzar el procés de somitogènesi de l'amfiox, així com evidenciar l'existència de diferències substancials en el mateix procés entre cefalocordats i vertebrats. Hem demostrat que el caràcter asimètric inherent a la somitogènesi de l'amfiox és evident fins i tot abans de que el primer parell de somites siguin morfològicament visibles. Alhora, l'estudi de l'expressió d'aquestes famílies gèniques en l'amfiox i la posterior comparació amb els dominis d'expressió que presenten aquests mateixos gens en vertebrats, ens ha permès documentar similituds i diferències entre els mateixos. En concret, hem trobat patrons d'expressió compartits a nivell de mesoderm presomític i somites epitelials. De manera contrària, l'expressió que aquests gens tenen a nivell de somites en diferenciació i derivats somítics és única als vertebrats. Cal destacar, que molts dels caràcters morfològics que semblen haver estat "inventats" pels vertebrats surgeixen per diferenciació dels somites, com ara la columna vertebral (l'existència de la qual els defineix com a grup) o la musculatura de les extremitats. Per tant, la co-opció d'aquestes dues famílies gèniques (Mox i hairy) després de les duplicacions gèniques que van ocórrer molt aviat durant l'evolució dels vertebrats, pot haver estat instrumental en l'adquisició d'aquestes innovacions.