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Morfogénesis y Genes Homeóticos.

Se conoce como morfogénesis al proceso mediante el cual  un embrión determina el desarrollo de los órganos, tejidos o células individuales de su organismo, así como también las  características y funciones  particulares de cada uno de esos componentes.


Figura 1: Estadios iniciales de desarrollo embrionario de un organismo.

Desde el punto de vista de labiología molecular, el genoma siempre se mantiene constante, por lo que todas las células de un mismo organismo (y especie), debiesen contener el mismo número de cromosomas y genes (Valores de “n” y “C”); sin embargo no todas expresan todos los genes o bien no todas expresan los mismos genes a la vez, por lo que se deduce que el control de la diferenciación ocurre a nivel de la transcripción, así que ladiferenciación celular es el resultado de la actividad diferencial del mismo grupo de genes en células diferentes.

Producto de la mitosis, cada célula contiene una copia de genes iguales a las demás que constituyen ese mismo organismo sin embargo en el caso de los organismos multicelulares, existen notorias diferencias cuantitativas y cualitativas respecto de la batería enzimática contenida en undeterminado tipo celular comparado con otro, por lo que las diferencias deben encontrarse por “grupos de células”.

De lo anterior, se deduce que, a pesar de que durante el desarrollo y en la etapa adulta el genoma permanece constante, la diferencia de la síntesis de distintas proteínas en distintos tipos celulares debe ser regulada en algún punto en la transcripción, porque cada célula es capazde sintetizar distintos tipos de ARNm, los que una vez utilizados son degradados y sustituidos por otros. De esta forma, al crear nuevos ARNm’s que reemplacen a los anteriores dependiendo de estímulos exógenos (externos), las células producen otras proteínas.

La expresión diferencial de genes explica las diferencias cualitativas entre grupos de células. Dicho “programa genético” dirige:
- Lasetapas del desarrollo.
- La estructuración del embrión.
- La diferenciación de distintos órganos.

Existen dos tipos de genes que “codifican” para los distintos órganos. Los primeros codifican para la naturaleza del órgano (ojo, corazón, oído, etc…), mientras que otros, los genes homeóticos, determinan su localización en el diseño corporal, ya que antes de que las células comiencen con suespecialización, se establece un plan corporal que define las regiones corporales (cabeza, tórax, abdomen, apéndices, etc…) La interacción de ambos tipos de genes da como resultado el fenotipo característico de cada individuo.

Aquellos genes que controlan el desarrollo de un plan corporal en el eje antero-posterior, dorso-ventral y derecha-izquierda y la posición de los órganos que se desarrollan a lolargo de estos ejes se denominan genes homeóticos y un cambio mínimo en estos genes específicos (mutación homéotica) puede determinar enormes cambios fenotípicos, como el desarrollo de órganos en sitios donde no corresponde.
Un buen ejemplo es el desarrollo de la Drosophila melanogaster. En la figura 2 se muestran etapas de su desarrollo que dura sólo unos días luego de la fertilización. Se ilustratambién un mutante que tiene dos pares de alas en vez de una, ambos pares totalmente funcionales. Las anomalías que se muestran en las drosófilas mutantes afectan sólo a los genes que determinan la localización de las alas (mutante bitorax) y las patas (mutantes Antennapedia).
Los genes homeóticos expresan su actividad en regiones diferentes del embrión, subdividiendo al embrión a lo largo dedistintos ejes en campos celulares con diferentes potenciales de desarrollo, que se transformarán en miembros y otras estructuras. Esta subdivisión del cuerpo embrionario precede a la formación de órganos o estructuras específicos. Una mutación homeótica provoca la sustitución de una parte del cuerpo por una estructura cuya ubicación normal correspondería a otro sitio. En la figura, las moscas...