El fascinante cambio de sexo en los peces payaso: Un vistazo a su genética.

 El fascinante cambio de sexo en los peces payaso: Un vistazo a su genética.

¿Sabías que algunos animales pueden cambiar de sexo a lo largo de su vida? ¡Los peces payaso son un ejemplo asombroso! Estos carismáticos habitantes de los arrecifes de coral nacen como machos y, si la hembra dominante del grupo desaparece, el macho más grande se transforma en hembra. Pero, ¿cómo ocurre este increíble proceso a nivel genético?

Un estudio reciente  ha investigado a fondo este fenómeno en el pez payaso del Mar Rojo (Amphiprion bicinctus), utilizando técnicas avanzadas para analizar la actividad de sus genes, tanto en el cerebro como en las gónadas (los órganos reproductores).

Lo que el estudio nos revela:

El cerebro toma la iniciativa: Los investigadores descubrieron que los primeros cambios genéticos significativos ocurren en el cerebro del macho aproximadamente dos semanas después de que la hembra dominante se va. Es como si el cerebro "decidiera" que es hora de un cambio de rol.

La señal llega a las gónadas: Esta respuesta cerebral se transmite luego a las gónadas, donde los cambios se hacen evidentes entre tres y cuatro semanas después. Las gónadas masculinas comienzan a reabsorberse y el tejido ovárico empieza a desarrollarse, un proceso irreversible en esta especie.

Un gen clave, la aromatasa: Un gen llamado cyp19a1b (o aromatasa) juega un papel central en este proceso. Este gen es crucial para convertir las hormonas masculinas (andrógenos) en hormonas femeninas (estrógenos). Su expresión aumenta significativamente en el cerebro y las gónadas a medida que el pez se transforma en hembra.

Interacciones complejas: El estudio también identificó otros genes importantes, algunos ya conocidos y otros novedosos, que participan en esta compleja red de cambio sexual. Por ejemplo, los genes sox6 y foxp4 parecen estar relacionados con la regulación de la aromatasa en el cerebro. En las gónadas, hay un interesante "bucle de retroalimentación" entre el gen dmrt1 (asociado al desarrollo masculino) y foxl2 (asociado al desarrollo femenino y la síntesis de estrógenos), que ayuda a regular el equilibrio hormonal y el cambio de identidad de las gónadas.

Transición, no solo dos estados: A diferencia de estudios anteriores que solo comparaban machos y hembras maduras, esta investigación analizó los cambios genéticos a lo largo de todo el proceso de transición. Esto permitió observar que los cambios más importantes en la expresión genética del cerebro ocurren durante las etapas transicionales, mientras que en las gónadas, las mayores diferencias se observan en las etapas finales del cambio.

Este trabajo nos da una visión sin precedentes de los mecanismos genéticos que gobiernan el cambio de sexo social y la reestructuración de las gónadas en estos fascinantes peces. Nos ayuda a entender cómo la genética y el entorno social interactúan para dar lugar a una estrategia reproductiva tan única.

Puedes consultar el artículo completo: Casas, L., Saborido-Rey, F., Ryu, T., Michell, C., Ravasi, T., & Irigoien, X. (2016). Sex change in clownfish: molecular insights from transcriptome analysis. Scientific reports, 6(1), 35461.

Por otra parte, un reciente estudio publicado por Parker et al. 2024, en la revista "Biology of Sex Differences"  ha utilizado una tecnología avanzada, la secuenciación de ARN de núcleo único (snRNA-seq), para crear el primer "atlas celular" del cerebro anterior de peces payaso machos y hembras. Esto ha permitido a los científicos observar, a nivel de células individuales, cómo el cerebro de estos peces se reorganiza durante el cambio de sexo.

Hallazgos clave del estudio:

Diferencias sexuales en el cerebro: El estudio reveló que existen diferencias extensas y notables entre machos y hembras en la expresión de genes en tipos celulares específicos, la proporción relativa de ciertas células, la excitación neuronal basal y la comunicación prevista entre neuronas.

Reorganización profunda: Los investigadores encontraron que el cambio de sexo conlleva una reorganización molecular y celular generalizada en el prosencéfalo (la parte frontal del cerebro) del pez payaso.

Sistemas moleculares clave: Se identificaron el sistema de colecistoquinina (CCK), la galanina y los sistemas de estrógenos como ejes moleculares centrales en esta diferenciación sexual. Estos sistemas son cruciales en la regulación de la reproducción y el comportamiento social.

Importancia del área preóptica (POA): El área preóptica, una región cerebral conservada en vertebrados y fundamental para la función gonadal y el comportamiento reproductivo, mostró una reorganización molecular y celular sustancial, incluyendo la diferenciación de sistemas de señalización como los estrógenos y la colecistoquinina. Las hembras, en comparación con los machos, tenían una mayor proporción de neuronas en la POA que expresaban receptores específicos de estrógeno (esr2b), progesterona (pgr) y el receptor de colecistoquinina (cckbr2).

El papel de la glía radial: Las células gliales radiales, que generan nuevas neuronas en el cerebro adulto de los peces, también mostraron diferencias sexuales. La expresión de aromatasa (una enzima que sintetiza estrógenos) en una subpoblación específica de glía radial se correlacionó con la reorganización de los sistemas de estrógeno y CCK en el POA. Esto sugiere que la glía radial podría ser fundamental en el inicio de la feminización del cerebro en respuesta al ascenso social.

Mayor excitabilidad en hembras: Curiosamente, las hembras mostraron una mayor excitabilidad neuronal basal en múltiples poblaciones neuronales, lo que podría reflejar diferencias en el ambiente de las hormonas esteroides circulantes entre sexos.

¿Por qué es importante este estudio?

Este trabajo no solo profundiza nuestra comprensión de la diferenciación sexual en el cerebro de los vertebrados, sino que también proporciona una base sólida para futuras investigaciones sobre cómo los factores sociales y ambientales pueden moldear la identidad sexual a nivel cerebral y fisiológico. Entender la plasticidad cerebral en el pez payaso puede ofrecer nuevas perspectivas sobre la flexibilidad y rigidez de los mecanismos de control sexual en todos los vertebrados, incluidos los humanos.

En resumen, el cerebro del pez payaso es un modelo fascinante para estudiar la plasticidad neural. Los extensos cambios observados en la composición celular, la expresión genética y la comunicación neuronal durante el cambio de sexo resaltan la notable capacidad del cerebro para adaptarse a nuevas realidades reproductivas y sociales.

Parker, C. G., Gruenhagen, G. W., Hegarty, B. E., Histed, A. R., Streelman, J. T., Rhodes, J. S., & Johnson, Z. V. (2024). Adult sex change leads to extensive forebrain reorganization in clownfish. Biology of sex Differences, 15(1), 58.

Agradecemos las imágenes creadas por las alumnas: Norma Daniela Landin Maldonado, Karen Janeth Esteban Cayetano y Ana Cecilia Luis Castañeda, alumnas del grupo 5263 de la Asignatura de Genética durante el semestre 2020-2.

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