miRNA relacionado con el movimiento en embriones de mosca de la fruta

El movimiento es esencial para que los animales hagan sus cosas diarias como caminar, volar, arrastrarse, nadar y mantener el equilibrio. Esta habilidad para moverse les ayuda a encontrar comida, aparearse, escapar de peligros y explorar su entorno. Aunque los científicos saben que los genes juegan un papel en cómo los animales desarrollan el movimiento, los detalles de cómo esto funciona en las primeras etapas, especialmente en los embriones, todavía no están claros.

Estudios recientes han mostrado que un grupo de pequeñas moléculas de ARN llamadas miARNs pueden afectar cómo se mueven los animales. Estos miARNs ayudan a controlar la expresión de los genes, influyendo en cómo ocurren los Movimientos complejos en las larvas jóvenes de mosca de fruta. Basados en hallazgos anteriores, nos preguntamos si estos miARNs podrían ser también importantes en los patrones básicos de movimiento que se ven en los embriones en desarrollo antes de que eclosionen.

Para investigar esto, nos enfocamos en la primera etapa de las larvas de mosca de fruta, conocida como L1, ya que es un modelo ideal para estudiar la genética del movimiento. En esta etapa, las larvas ya pueden moverse de forma básica, y probarlas poco después de que eclosionan significa que no pueden compensar por ningún problema que puedan tener. Desarrollamos un método para registrar los movimientos de larvas L1 normales y Mutantes, utilizando una técnica de imagen especial que nos da videos claros y detallados.

Nuestros hallazgos revelaron que un miARN específico, llamado miR-2b-1, afecta significativamente qué tan bien pueden moverse las larvas. Las larvas mutantes que carecen de miR-2b-1 mostraron una notable disminución en velocidad, lo que sugiere que este pequeño ARN es crucial para el movimiento normal. Dado que realizamos nuestras pruebas de movimiento poco después de la eclosión, comenzamos a investigar si los problemas observados en las larvas podrían originarse en etapas de desarrollo anteriores en el embrión.

#Una Nueva Forma de Medir el Movimiento Embrionario

Investigaciones anteriores han establecido patrones básicos de movimiento en embriones de mosca de fruta normales, pero los métodos utilizados eran bastante laboriosos y no permitían analizar muchos embriones simultáneamente. Para superar esta limitación, creamos un nuevo sistema automatizado que puede medir movimientos en grupos grandes de embriones a la vez.

Para ver cuándo comienza el movimiento embrionario, construimos una cámara especial para contener varios embriones rodeados de una delgada capa de aceite. Este montaje ayuda a mantener los embriones oxigenados e hidratados mientras nos permite capturar video de sus movimientos. Incluso los pequeños cambios realizados por los embriones cambian la luz que se refleja en ellos, facilitando el seguimiento de los movimientos a través del sensor de nuestra cámara.

Procesamos el video para aislar a los embriones y medir sus movimientos, capturando datos a cuatro cuadros por segundo. Esto nos permitió visualizar patrones de movimiento a lo largo del tiempo. Identificamos diferentes fases de movimiento, alineándose con lo que estudios anteriores han reportado. Notablemente, vimos movimientos caóticos comenzando alrededor de 16 horas después de que se puso el huevo, pasando a una actividad más rítmica a las 18 horas.

Para confirmar que los movimientos rítmicos estaban realmente relacionados con la actividad neural, manipulamos la expresión de un canal de potasio en Neuronas embrionarias. Mientras que los movimientos caóticos permanecieron sin cambios, los movimientos rítmicos fueron casi eliminados. Esto sugiere fuertemente que la fase rítmica depende de una función neuronal normal.

#miR-2b-1 Controla los Movimientos Durante la Fase Neurogénica

Dado que la configuración necesaria para el movimiento larval comienza a desarrollarse mientras el embrión todavía crece, teorizamos que miR-2b-1 podría influir en cómo emergen estos movimientos. Nuestros experimentos comparando embriones normales y mutantes mostraron que los embriones mutantes se movían de manera diferente y menos en comparación con sus contrapartes sanas.

Cuando miramos los ritmos de estos movimientos, vimos que los embriones mutantes tendían a tener ráfagas de movimiento más cortas durante la fase rítmica. Esto indicaba que la ausencia de miR-2b-1 afecta el tiempo y la duración de los movimientos.

Con más exploración, queríamos ver si miR-2b-1 se estaba expresando en el sistema nervioso. Usamos una técnica especial para visualizar dónde está presente este miARN en el embrión. Los resultados mostraron que miR-2b-1 se expresa en varios tejidos, incluyendo el sistema nervioso central.

#El Papel de miR-2b-1 en Neuronas

Para entender mejor cómo miR-2b-1 afecta el movimiento embrionario, realizamos un experimento donde restauramos su expresión en neuronas de embriones mutantes ΔmiR-2b-1. Esta restauración llevó a una mejora notable en los patrones de movimiento, alineándose los resultados con los vistos en embriones normales.

También miramos cómo la restauración de la expresión de miR-2b-1 afectó el movimiento en larvas L1. Encontramos que cuando se reintrodujo miR-2b-1 en las neuronas de las larvas mutantes, empezaron a moverse a velocidades normales, indicando que su presencia en el sistema nervioso era crucial para un movimiento adecuado.

Para entender mejor qué sucede sin miR-2b-1, inspeccionamos la estructura del sistema nervioso en embriones normales y mutantes. Los resultados mostraron que no había diferencias estructurales notables. Sin embargo, cuando observamos la actividad de las neuronas, encontramos que los embriones mutantes tenían señales de calcio reducidas, especialmente durante periodos críticos de desarrollo neural, sugiriendo que la falta de miR-2b-1 afecta la actividad neural normal.

#Vinculando miR-2b-1 y el Movimiento Embrionario

Nuestra investigación mostró que miR-2b-1 juega un papel importante en el desarrollo del sistema nervioso, lo que plantea preguntas sobre cómo este pequeño ARN interactúa con la función de las neuronas durante el desarrollo temprano. Para averiguar qué genes podría estar apuntando miR-2b-1, utilizamos una plataforma de bioinformática para identificar posibles genes objetivo.

Uno de los principales candidatos de este análisis fue un gen conocido como CG3638, que se piensa que codifica una proteína de canal de cloruro. Este gen destacó por su posible participación en el control de la actividad eléctrica en las células, y está conservado en varias especies, incluyendo humanos.

Para ver si CG3638 era realmente un objetivo de miR-2b-1, miramos sus niveles en embriones normales y mutantes. Nuestros resultados mostraron que CG3638 se activó en ausencia de miR-2b-1, confirmando que es un objetivo de este miARN.

Realizamos experimentos adicionales para determinar si reducir los niveles de CG3638 podría ayudar a restaurar los patrones de movimiento en mutantes ΔmiR-2b-1. Cuando artificialmente bajamos los niveles de CG3638, observamos una mejora en el movimiento, indicando un vínculo directo entre miR-2b-1, CG3638 y la aparición del movimiento durante las etapas embrionarias.

#Identificando Sitios de Acción para miR-2b-1

Después de observar los efectos de miR-2b-1 en el movimiento, queríamos determinar dónde actúa en relación con las redes existentes involucradas en el control motor. Estudios anteriores destacaron varios componentes, incluyendo neuronas motoras y células sensoriales que ayudan a regular el movimiento.

Para averiguar dónde ejerce sus efectos miR-2b-1, realizamos experimentos restaurando su expresión en diferentes elementos del circuito neural en el contexto mutante. Observamos que reintroducir miR-2b-1 en neuronas motoras no tuvo ningún impacto en mejorar el movimiento. Sin embargo, restaurarlo en órganos cordotonal-parte del sistema sensorial-resultó en una recuperación completa de los patrones de movimiento normales.

En resumen, encontramos que miR-2b-1 se expresa en órganos cordotonal y que apuntar a CG3638 en estas células sensoriales puede restaurar el movimiento normal. Esto sugiere fuertemente que miR-2b-1 influye en el desarrollo del movimiento principalmente a través de sus efectos en circuitos sensoriales en lugar de alterar directamente los patrones motores.

#Conclusión

Nuestro estudio identifica un vínculo importante entre un miARN específico y el desarrollo del movimiento en embriones de mosca de fruta. A través de varios enfoques experimentales, hemos mostrado que miR-2b-1 juega un papel crucial en asegurar un control motor adecuado durante las primeras etapas de la vida. Nuestros hallazgos pueden ayudar a arrojar luz sobre mecanismos similares en otras especies, destacando la importancia de entender los factores genéticos que influyen en el desarrollo del movimiento en diversas formas de vida.