La matriz extracelular es un determinante esencial de la forma animal, permitiendo la organización de células y tejidos en órganos con formas complejas. A diferencia del ala dorsoventralmente plana de la mosca Drosophila, su homólogo serial, el halterio (moscas y mosquitos), adopta una forma globular que se cree que surge de la falta de adhesión mediada por la matriz entre sus superficies dorsal y ventral. Sin embargo, contradiciendo este modelo, se sabe que las manipulaciones de la matriz deforman los halterios.
¡Para comprender la morfogénesis del halterio, caracterizamos el comportamiento de la matriz y monitoreamos el desarrollo metamórfico del halterio. Los científicos descubrieron que, al igual que en el ala, la morfogénesis correcta del halterio requiere la degradación del colágeno IV, que demostramos que está mediada por la expresión de la metaloproteasa de matriz 2, controlada por ecdisona, tanto en el ala como en el halterio.
Tras la degradación del colágeno IV, al igual que en el ala, las superficies dorsal y ventral del halterio establecen contacto mediado por laminina a través de largas proyecciones citoesqueléticas.
Los hallazgos revelan un papel inesperado de la adhesión mediada por matriz en la morfogénesis de los halterios y describen un nuevo tipo de estructura tensora basada en matriz que construye una forma tridimensional a partir de epitelios bidimensionales.
Las increíbles e insufribles moscas
Un equipo del Instituto de Neurociencias (IN), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad Miguel Hernández (UMH) de Elche, ha desvelado cómo se forma el halterio en moscas y mosquitos, una estructura fundamental para el vuelo de las moscas. Este pequeño órgano, situado detrás de las alas principales, actúa como un giroscopio biológico, que ayuda al insecto a estabilizarse en el aire. El estudio ha sido publicado en la revista Current Biology.
La investigación ha sido liderada por José Carlos Pastor Pareja, director del Laboratorio de Arquitectura Celular y Tisular en el Sistema Nervioso del Instituto de Neurociencias, y ha demostrado que, al contrario de lo que se pensaba, el halterio no es una estructura hueca, sino que sus dos superficies están conectadas internamente a través de un sofisticado sistema celular que estabiliza su forma redondeada.
Durante el proceso que se conoce como metamorfosis de la mosca, el paso de larva a adulto, las alas y los halterios se desarrollan a partir de una fina capa de células. En el caso del halterio, el equipo ha descubierto que primero se degrada una matriz extracelular rica en colágeno que separa sus dos caras. Esta degradación permite que se formen proyecciones celulares que conectan ambas superficies a través de una matriz con otra proteína, la laminina, formando una especie de armazón interno.
Estas conexiones actúan como tensores biológicos, que permiten resistir las fuerzas que de otro modo deformarían el órgano. Cuando este sistema falla, como ocurre en los modelos de mosca de la fruta (Drosophila melanogaster) modificados genéticamente por el equipo, el halterio pierde su forma redondeada, clave para su función.
Además, el estudio revela que el halterio está sometido a una tensión constante: una fuerza que tira de su base y otra que lo ancla a la cutícula externa del insecto. Es precisamente este sistema interno de tensores el que equilibra ambas fuerzas para mantener su geometría.
Grabaciones del microscopio electrónico
Para observar estos efectos, el equipo utilizó técnicas avanzadas de microscopía electrónica y grabaciones en vivo durante la metamorfosis de la mosca. “Hemos visto que se producen una serie de proyecciones celulares que estabilizan la forma redondeada del halterio al contrarrestar fuerzas que de otro modo lo deformarían”, indica Pastor Pareja. Y añade el investigador, “cuando eliminamos esta estructura de soporte en modelos mutantes, el órgano pierde su geometría funcional”.
El uso de modelos mutantes y el análisis de la matriz extracelular han sido claves para desentrañar este mecanismo, que combina degradación de colágeno, adhesión celular y tensores internos que refuerzan la estructura desde dentro.
El estudio se ha llevado a cabo en colaboración con los científicos Yuzhao Song y Tianhui Sun, de la Universidad de Tsinghua (China); los investigadores Paloma Martín y Ernesto Sánchez Herrero, del Centro de Biología Molecular Severo Ochoa (CBMSO, CSIC-UAM); y Jorge Fernández Herrero, de la Universidad de Alicante.
Además, ha contado con la financiación del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, el Programa para Centros de Excelencia Severo Ochoa del Instituto de Neurociencias (CSIC-UMH), la Fundación Ramón Areces y la Fundación Nacional de Ciencia de China. ECOticias.com
