Universidad de Florida

Hace unos 150 millones de años, las serpientes vagaban con patas bien desarrolladas. Ahora los investigadores afirman que un trío de mutaciones en un interruptor genético es la razón por la que esas patas acabaron desapareciendo.

Tomadas en conjunto, las mutaciones en el potenciador de un gen conocido como «Sonic hedgehog» interrumpen un circuito genético que impulsa el crecimiento de las extremidades en las serpientes.

Los científicos hicieron su descubrimiento estudiando la actividad genética en embriones de pitón en desarrollo y comparando las secuencias de ADN de los genomas de serpientes y lagartos. Mientras que algunas serpientes, como las cobras y las víboras, carecen por completo de extremidades, las pitones y las boas constrictoras conservan algunos vestigios de la estructura de sus patas.

En las pitones embrionarias, los investigadores descubrieron que las tres mutaciones actúan de forma acumulativa para abolir una región del potenciador «Sonic hedgehog» en la que las proteínas se unen al ADN, conocida como sitios de unión del factor de transcripción, lo que afecta a la forma en que se transcribe finalmente la información genética.

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Esencialmente, el potenciador funciona como un «interruptor» genético que activa el gen «Sonic hedgehog» durante la formación de las extremidades. Con tres activadores del interruptor eliminados en las pitones, el gen «Sonic hedgehog» sólo parpadea antes de silenciarse, poniendo fin al proceso de crecimiento de las patas en el embrión.

«Es emocionante conocer los cambios precisos de los nucleótidos que son responsables de la reducción de las extremidades», dice Martin Cohn, profesor de genética molecular y microbiología en la Facultad de Medicina de la Universidad de Florida.

Pitones y boas constrictoras

Sorprendentemente, el resto de la maquinaria genética para el desarrollo de las patas ha permanecido en su lugar durante millones de años y todavía existe en pitones y boas constrictoras. Cohn y la coautora Francisca Leal, candidata al doctorado, descubrieron que los embriones de pitón forman «brotes» de piernas y activan todo el programa genético necesario para fabricarlas, pero el circuito se rompe después de que el gen «Sonic hedgehog» se desconecte.

Aunque el potenciador «Sonic hedgehog» se degrada, otros potenciadores permanecen intactos, incluidos los que facilitan la actividad de un gen llamado Hoxd13, necesario para construir manos y pies. Los investigadores hallaron en los embriones de pitón los inicios celulares de todo el esqueleto de la pierna, hasta los dedos del pie. Pero para cuando las pitones jóvenes salen del cascarón, todo lo que queda es un diminuto rudimento del fémur.

«Los resultados nos dicen que el desarrollo de las extremidades de las pitones progresa mucho más de lo que sabíamos antes», dice Cohn. «Fabrican patas embrionarias, pero las células no completan el proceso de desarrollo del esqueleto»

Así que mientras las pitones y las boas conservan las patas rudimentarias, las serpientes más avanzadas acaban perdiendo las patas por completo. El trabajo ayuda a explicar exactamente cómo ocurrió eso. En el laboratorio, los investigadores descubrieron que las serpientes sin extremidades por completo, como las cobras y las víboras, muestran una descomposición más extensa del «potenciador de extremidades Sonic hedgehog» que las pitones y las boas constrictoras.

Patas de serpiente fósiles

Durante los últimos 20 años, otros científicos han descrito fósiles de serpientes con patas traseras funcionales fuera de sus cajas torácicas. Se calcula que los fósiles tienen al menos 90 millones de años, y aunque al menos una de estas especies probablemente conserve las patas de sus ancestros con extremidades, algunos científicos creen que las patas volvieron a evolucionar en otras serpientes.

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Cohn cree que su descubrimiento de un esqueleto de patas transitorio en embriones de pitón muestra las reliquias de las patas ancestrales de las serpientes y podría haber proporcionado la materia prima para la reaparición de las extremidades. Las mutaciones que eliminaron las patas de las serpientes surgieron probablemente hace unos 100 millones de años durante el Cretácico Superior, según los estudios genómicos de Cohn y Leal.

En 1999, Cohn publicó una investigación en la que detallaba las bases moleculares de la pérdida de extremidades durante la evolución de las serpientes. Da crédito a Leal, que tiene experiencia en herpetología, por querer volver a tratar el tema ahora que la tecnología ha avanzado en la comprensión de la genómica de las serpientes.

Dado que algunos de estos sitios de unión de factores de transcripción aún no se habían descubierto en los mamíferos, los últimos hallazgos también crean una oportunidad para volver a los modelos de ratón y tal vez incluso a los humanos para buscar mutaciones en las mismas regiones genómicas, dice Cohn. Aunque no hay planes inmediatos para hacerlo, los hallazgos en las serpientes demuestran el poder de la biología evolutiva y comparativa para allanar nuevos caminos para la ciencia biomédica.

«Esta sorprendente conservación y las modificaciones específicas en el genoma de las serpientes son un claro testimonio de su ascendencia», dice Leal. «Las serpientes evolucionaron claramente a partir de ancestros con extremidades y sus genomas lo demuestran».

El Instituto Médico Howard Hughes financió el trabajo.