Investigadors de l'Institut de Biologia Evolutiva (CSIC-UPF) fan el descobriment, que es publica a la revista PNAS. El microARN anomenat miR-2 és el desencadenant de la metamorfosi en la panerola Blattella germanica.
Un treball liderat per Xavier Bellés, professor d'investigació del CSIC i director de l'Institut de Biologia Evolutiva (CSIC-UPF), revela que la correcta metamorfosi dels insectes depèn d'un microARN, una cadena molt curta d'ARN, de tot just 20 nucleòtids.
Denominat miR-2, aquest microARN bloqueja la producció d'una proteïna, la Kruppel-h1, que està activa mentre l'insecte és encara una larva. Quan miR-2 bloqueja l'expressió de Kruppel-h1, que és, de fet, un repressor global de la metamorfosi, es desencadena immediatament la metamorfosi.
"Sense miR-2, la metamorfosi no es realitza. Encara que els insectes muden, en lloc de mudar a una forma d'adult, com correspondria, muden a una altra nimfa o una forma intermèdia entre nimfa i adult ", aclareix Xavier Bellés.
"Es tracta", afegeix aquest científic, "d'un elegant mecanisme en el context d'un procés biològic complex, que està protagonitzat per un simple microARN". Aquest mecanisme, "podria ser general en insectes, i fins i tot es podria estendre a altres organismes típicament metamòrfics, com els amfibis, la qual cosa obre un nou i fascinant camp d'investigació".
Els microARN són ARN curts i de cadena simple, que no codifiquen cap proteïna , i que poden unir-se als ARNm (o ARN missatger) complementaris que codifiquen i expressen proteïnes. En acoblar-se amb aquests ARNm, bloquegen l'expressió de les proteïnes, impedint la seva acció.
Els microARN constitueixen un nivell important de regulació de l'expressió dels gens, que està demostrant ser crucial en un nombre creixent de processos biològics.
A més de Bellés, el treball, que es publica en l'últim número de la revista PNAS, té com a autors Jesús Lozano i Raul Montañez, ambdós investigadors de l'Institut de Biologia Evolutiva.
Diversos experiments i resultats molt sòlids
El treball és el resultat de sis anys d'investigació. L’any 2009, aquests investigadors van eliminar l'expressió de tots els microARN en la panerola Blattella germanica, mitjançant el silenciament gènic de l'enzim Dicer-1.
Aquesta eliminació va impedir que es realitzés la metamorfosi correcta en els insectes. Això implicava que algun microARN havia d'estar implicat en l'inici de la metamorfosi i, automàticament, van sorgir dues preguntes clau: quin era aquest microARN i quina la proteïna que regulava.
Aleshores ja se sabia que la metamorfosi està reprimida per l'hormona juvenil, que està present en les nimfes de l'insecte i desapareix quan la nimfa muda a adult. Al seu torn, l'hormona juvenil indueix l'expressió de la proteïna Krüppel- h1, un repressor global de la metamorfosi. Quan la producció d'hormona juvenil decau a l'última fase nimfal, Krüppel-h1 també deixa d'expressar-se i es desencadena la transformació a adult.
El que van descobrir els científics amb el model Blattella germanica en què s'havien bloquejat tots els microARN, era que la proteïna Kruppel-h1 seguia expressant tot i que quasi ja no hi havia hormona juvenil.
Per aquest motiu es va deduir que algun dels microARN bloquejats devien contribuir a la desaparició de Krüppel-h1. Aleshores es va estudiar el ARNm que codificava i expressava la proteïna Krüppel-h1 i es va observar que contenia llocs d'unió per al microRNA denominat miR-2. Així mateix, es va comprovar experimentalment aquest lloc d'unió.
Dos experiments addicionals van servir per corroborar la hipòtesi. D'una banda, es va administrar als insectes un inhibidor de miR-2 a l'última fase nimfal, la qual cosa va impedir la correcta metamorfosi. En el segon experiment, en un altre grup de paneroles, a les quals se les havia bloquejat l'expressió de tots els microRNA, es va administrar un anàleg de miR-2, el qual va restaurar la metamorfosi.
"Sabem que aquest mecanisme es pot extrapolar a altres insectes hemimetàbols (com ara llagostes, xinxes o polls) però possiblement no sigui exactament el mateix en insectes holometàbols (mosquits, formigues, vespes). Segurament seran altres microRNA i altres ARNm", conclou Xavier Bellés.
J. Lozano, R. Montañez y X. Belles. MiR-2 family regulates insect metamorphosis by controlling the juvenile hormone signaling pathway. Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).DOI: 10.1073/pnas.1418522112
Institut de Biologia Evolutiva (CSIC-UPF)