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Insect metamorphosis depends on a small RNA chain

Insect metamorphosis depends on a small RNA chain

A study reveals that the correct metamorphosis of insects depends on a microRNA, a small strand of RNA, of only 20 nucleotides. Ref. Art.: Lozano, et al. 2015.  MiR-2 family regulates insect metamorphosis by controlling the juvenile hormone signaling pathway. PNAS DOI 10.1073/pnas.1418522112

09.03.2015

 

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

 

Barcelona, 10 de marzo de 2015.

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.

Concretamente, se trata de miR-2, que 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 microRNA". 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 microRNA son RNA cortos y de cadena simple, que no codifican ninguna proteína, y que pueden unirse a los mRNA complementarios que codifican y expresan proteínas. Al acoplarse con esos mRNA, bloquean la expresión de las proteínas, impidiendo su acción.

Los microRNAs 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 microRNA 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 microRNA debía estar implicado en el inicio de la metamorfosis y, automáticamente, surgieron dos preguntas clave: cuál era ese microRNA 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 microRNA, era que la proteína Kruppel-h1 seguía expresándose aun cuando ya no había apenas hormona juvenil.

De ahí se dedujo que alguno de los microRNA bloqueados debía de contribuir a la desaparición de Krüppel-h1. Entonces se estudió el mRNA que codificaba y expresaba la proteína Krüppel-h1 y se observó que contenía sitios de unión para el microRNA 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 microRNA,  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 microRNAs y otros mRNAs", concluye Xavier Bellés.

 

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