Mecanisme d’acció de l’hormona juvenil en la metamorfosi dels insectes

La metamorfosi es un proces de canvi morfologic radical que succeeix en un periode especific durant el desenvolupament postembrionari de diverses especies animals, tals com amfibis o insectes. En el cas dels insectes, hi ha dos tipus principals de metamorfosi: de tipus hemimetabol, on els individus fan una metamorfosi progressiva i les nimfes s’assemblen als adults, com succeeix en les xinxes, paneroles i saltamartins. En la metamorfosi holometabola, en canvi, es dona una transformacio morfologica radical, de larva a pupa i de pupa a adult, com s’observa en papallones, escarabats i mosques. La metamorfosi holometabola s’origina a partir d’ancestres hemimetabols, i aquesta innovacio va tenir molt d’exit si considerem que mes del 80% dels insectes actuals son especies holometaboles. En tots dos tipus de metamorfosi la regulacio es propiciada per l’accio de dues hormones, l’esteroide 20-hidroxiecdisona (20E), o hormona de la mud,a i el sesquiterpenoide hormona juvenil (HJ). Mentre que la 20E indueix les mudes, l’HJ reprimeix la metamorfosi. L’objectiu general d’aquesta tesi doctoral es ajudar a comprendre els mecanismes moleculars pels quals l’HJ reprimeix la metamorfosi, utilitzant com a model la panerola Blattella germanica, un insecte amb metamorfosi hemimetabola poc modificada, i emmarcar aquests resultats en un context evolutiu. Aixi, hem estudiat el paper del receptor de l’HJ, el factor de transcripcio Methoprene-tolerant (Met). Els estudis suprimint l’expressio d’aquest gen mitjancant RNA d’interferencia (RNAi) en fases nimfals mostren que Met es necessari en la transduccio del senyal hormonal, ja que la seva supressio provoca una metamorfosi precoc. El factor de transcripcio Taiman (Tai) es postula com a millor candidat a actuar com a heterodimer de Met en la recepcio de l’HJ, encara que cap experiment in vivo ha pogut demostrar aquesta funcio degut a que la seva supressio en diversos models d’insectes resulta letal. A B. germanica Taiman s’expressa en quatre isoformes resultants de la combinacio de dues insercions/delecions (indels) a la regio carboxi-terminal de la sequencia. La reduccio de l'expressio de les isoformes que contenen la insercio-1 de Tai provoca una metamorfosi precoc. La presencia d’aquesta insercio en isoformes de Tai d’altres especies suggereix que el mecanisme de transduccio de l’activitat antimetamorfica de l’HJ mitjancant aquestes isoformes es un fenomen conservat en altres insectes. Un altre factor de transcripcio que participa en la senyalitzacio de l'HJ es Broad-Complex (BR-C). A les especies holometaboles BR-C s’expressa al darrer estadi larvari i la seva expressio transitoria es essencial per una formacio de la pupa. Els estudis a B. germanica revelen funcions ancestrals de BR-C relacionades amb divisio cel·lular i creixement de l’ala, alhora que aporten noves pistes que ajuden a entendre l’evolucio de la metamorfosi dels insectes. Un altre element important que participa en la transduccio del senyal de l’HJ en relacio amb la metamorfosi es el factor de transcripcio Kruppel-homolog 1 (Kr-h1). Hem mostrat que la reduccio de nivells d'expressio de Kr-h1 a fases nimfals a B. germanica indueix una metamorfosi precoc. Aquests resultats, conjuntament amb els resultats previs obtinguts en especies holometaboles, suggereixen que el paper repressor de Kr-h1 en la metamorfosi es una condicio ancestral que s’ha conservat en especies hemimetaboles i holometaboles. Els microRNAs (miRNAs) son una classe d’RNAs petits no codificants que regulen l’expressio de gens a nivell transcripcional mitjancant la regulacio de l’mRNA. Per tal de desvetllar la funcio dels miRNAs durant el desenvolupament de B. germanica, es van dur a terme experiments suprimint l’expressio de Dicer-1, enzim que participa en la biosintesi dels miRNAs, i el resultat va ser una inhibicio de la metamorfosi. Els resultats presentats en aquesta tesi suggereixen aquest fenotip es la consequencia principal d’una davallada de l’expressio d’una sola familia de miRNAs, miR-2. El conjunt d’experiments realitzats indiquen que miR-2 regula la davallada de l’expressio del transcrit de Kr- h1 a la darrera fase nimfal de B. germanica, la qual cosa propicia que la metamorfosi es desenvolupi correctament.