Homología profunda

En biología del desarrollo evolutivo , el concepto de homología profunda se utiliza para describir casos en los que los procesos de crecimiento y diferenciación están regidos por mecanismos genéticos que son homólogos y están profundamente conservados en una amplia gama de especies .

En 1822, el zoólogo francés Étienne Geoffroy Saint-Hilaire diseccionó un cangrejo de río y descubrió que su cuerpo está organizado como el de un vertebrado, pero invertido desde el vientre hacia la espalda (dorsoventralmente) : ^[1]

Acabo de descubrir que todos los órganos blandos, es decir, los principales órganos de la vida, se encuentran en los crustáceos, y por tanto en los insectos, en el mismo orden, en las mismas relaciones y con la misma disposición que sus análogos en los animales vertebrados superiores... Cuál no fue mi sorpresa, y puedo añadir, mi admiración, al ver [tal] regla... ^[1]

La teoría de homología de Geoffroy fue denunciada por el principal zoólogo francés de su época, Georges Cuvier , pero en 1994 se demostró que Geoffroy tenía razón. ^[1] En 1915, Santiago Ramón y Cajal trazó un mapa de las conexiones neuronales de los lóbulos ópticos de una mosca, y descubrió que se parecían a las de los vertebrados. ^[1] En 1978, Edward B. Lewis ayudó a fundar la biología evolutiva del desarrollo , al descubrir que los genes homeóticos regulaban el desarrollo embrionario en las moscas de la fruta. ^[1]

En 1997, el término homología profunda apareció por primera vez en un artículo de Neil Shubin , Cliff Tabin y Sean B. Carroll , que describía la aparente relación en los aparatos reguladores genéticos que indicaban similitudes evolutivas en características animales dispares. ^[2]

Mientras que la homología ordinaria se observa en el patrón de estructuras como los huesos de las extremidades de los mamíferos que están evidentemente relacionados, la homología profunda puede aplicarse a grupos de animales que tienen una anatomía bastante diferente: los vertebrados (con endoesqueletos hechos de hueso y cartílago ) y los artrópodos (con exoesqueletos hechos de quitina ) tienen, sin embargo, extremidades que se construyen utilizando recetas o "algoritmos" similares. ^{[2] [3] [4] [5]}

En los metazoos , los genes homeóticos controlan la diferenciación a lo largo de los ejes corporales principales , y los genes pax (especialmente PAX6 ) ayudan a controlar el desarrollo del ojo y otros órganos sensoriales . La homología profunda se aplica a grupos muy separados, como en los ojos de los mamíferos y los ojos compuestos estructuralmente muy diferentes de los insectos . ^[3]

De manera similar, los genes hox ayudan a formar el patrón de segmentación de un animal. HoxA y HoxD, que regulan la formación de los dedos de las manos y de los pies en ratones, controlan el desarrollo de las aletas radiales en el pez cebra ; hasta entonces, estas estructuras se habían considerado no homólogas. ^[6]

Existe una posible homología profunda entre los animales que utilizan la comunicación acústica, como los pájaros cantores y los humanos, que pueden compartir versiones funcionales del gen FOXP2 . ^[7]

En la biología moderna , la profundidad de la comprensión de la homología profunda ha evolucionado hasta centrarse en los mecanismos y funciones moleculares y genéticos en lugar de la morfología simple . Las células madre cancerosas (CSC) son una población de células dentro de un tumor que tienen la capacidad de autorenovarse y diferenciarse en diferentes tipos de células, similares a las células madre normales . La teoría de células madre del cáncer sugiere que existe una subpoblación de células, denominadas células madre cancerosas, que tienen ciertas características que las hacen únicas entre otros tipos de células dentro de un cáncer. Los rasgos que se incluyen en las CSC son que se multiplican indefinidamente, son resistentes a la quimioterapia y se propone que son responsables de la recaída después de la terapia. ^[8]

El ciclo de vida unicelular del cáncer y el Entamoeba es singularmente similar, y por lo tanto contradice la teoría filoestratigráfica molecular sobre el origen del cáncer. Esta profunda relación entre los dos sistemas celulares está respaldada por el "modelo de la ameba", que proporciona una mayor comprensión de la biología del cáncer desde la perspectiva evolutiva. ^[9] El ciclo de vida G + S de Entamoeba es el ancestro común más cercano en comparación con cualquier otro ciclo de vida de organismos unicelulares. De manera similar, ambos sistemas celulares, ameba y cáncer , utilizan el módulo genético homólogo profundo G + S que fue desarrollado por un ancestro común. Algunos paralelismos que comparten son demasiado cercanos para ser una coincidencia, incluidos:

• Una línea germinal asexual reproductiva capaz de formar células madre de línea germinal (GSC, denominadas CSC en el cáncer) y una línea de células somáticas sin función reproductiva de GSC;
• Células germinales y somáticas que proliferan a través de ciclos celulares asimétricos y simétricos y pueden interconvertirse mediante la transición de germinal a soma (GST) y de soma a germinal (SGT); ambos procesos se denominan MET y EMT en el cáncer;
• Líneas germinales sensibles al oxígeno que pierden irreversiblemente su función reproductiva debido a daños irreparables en el ADN causados ​​por el exceso de oxígeno;
• Mecanismos de reparación de daños en el ADN (DDR) para reparar defectos de replicación y poliploidización del ADN y mantener la integridad genómica de las GSC/CSC nacientes;
• Mecanismos de reparación de DSB de ADN a través de estructuras MGRS y PGCC, con o sin fusión de células homólogas . ^[9]

Las MGRS también se conocen en términos médicos como “células cancerosas gigantes polipoides preexistentes (PGCC)” y se observan con frecuencia en cánceres no tratados. ^{[ cita requerida ]} En el cáncer, el ciclo de la línea germinal reproductiva comienza con una célula precursora. Esta célula luego se poliploidizará dentro de una envoltura celular. Esta línea germinal del cáncer experimenta un proceso de desarrollo similar a la línea germinal de Entamoeba. Se puede encontrar un rastro significativo de homología profunda en las células madre de la línea germinal de mamíferos. Según una hipótesis previa, la línea germinal es el ancestro común en los linajes de células madre somáticas. Las GSC hijas son las únicas células madre que tienen la capacidad de transmitir información genética a lo largo de las generaciones. ^[9]

En 2010, un equipo dirigido por Edward Marcotte desarrolló un algoritmo que identifica módulos genéticos profundamente homólogos en organismos unicelulares, plantas y animales basándose en fenotipos (como rasgos y defectos de desarrollo). La técnica alinea los fenotipos en los organismos basándose en la ortología (un tipo de homología) de los genes involucrados en los fenotipos. ^{[10] [11]}

• Plan corporal  : Conjunto de características morfológicas comunes a los miembros de un filo de animales.