Investigación

Queremos descubrir nuevos mecanismos moleculares que actúan durante el desarrollo embrionario y le permiten a los organismos evolucionar y contender con cambios dramáticos en su ambiente. En particular nos interesan los organismos marinos y su respuesta al aumento de temperatura global.

EvoDevo: La integración de las áreas de Biología del Desarrollo y la Biología Evolutiva ha dado lugar a un nuevo campo de estudio con el nombre de EvoDevo. Entre los conceptos que integran al EvoDevo, y a los cuales se enfocan nuestras investigaciones, son la Asimilación Genética y la Plasticidad en el Desarrollo. Hasta ahora hemos realizado experimentación en Biología del desarrollo en los peces Danio rerio (pez cebra) y estudios de adaptación y comportamiento en Astyanax mexicanus (el pez de cuevas), pero ahora estamos iniciando estudios novedosos en EvoDevo de Cnidarios, en particular aquellos que habitan Arrecifes Marinos.

Resiliencia al cambio climático por Asimilación Genética: Los Sistemas Biológicos se mantienen sin cambios por múltiples generaciones, por medio de mecanismos moleculares que vigilan la fidelidad de la reproducción. Sin embargo, para sobrevivir en ambientes altamente fluctuantes los seres vivos necesitan cambiar rápidamente. Esta Paradoja se ilustra en una pregunta controversial: ¿Cómo es que el medio ambiente dirige la innovación evolutiva?. Por más de 70 años se ha enseñado un modelo de Biología Evolutiva (La Síntesis Moderna) en donde el ambiente solo juega un papel selectivo sobre cambios inducidos por mutaciones azarosas. – Varios autores pensamos que esta visión de la Evolución esta incompleta y que la Asimilación Genética propuesta por Conrad H. Waddington en 1953 y refinada por Susan Lindquist mas recientemente, ofrece una respuesta de cómo; mecanismos a nivel molecular, inducidos por el medio ambiente, pueden revelar fenotipos enmascarados (variaciones genéticas crípticas) y que son capaces de fijarse en las siguientes generaciones. Se ha descrito que estos mecanismos involucran “Capacitores Biológicos” como Proteínas de choque térmico, tal como la chaperona Hsp90, la cual responde a un aumento de temperatura en el ambiente y actúa filtrando proteínas incorrectamente plegadas (en particular factores transcripcionales y proteínas de señalización) y seleccionando las de plegamiento correcto. Sin embargo pensamos que Hsp90 no es el único Capacitor Biológico en la naturaleza y por eso hemos iniciado la búsqueda de nuevos Capacitores Biológicos, en organismos marinos, los cuales son particularmente sensibles al aumento global de temperatura. Estos experimentos se llevarán a cabo en la Anémona de mar Aiptasia pallida.

Cultivo de Células germinales: En colaboración con la Dra. Anastazia Banaszak hemos iniciado el establecimiento de protocolos de crio-preservación de gametos y el cultivo de células germinales primordiales del Coral Cuerno de alce (Acropora palmata), con la finalidad de tener un reservorio continuo de embriones que nos permita ampliar nuestros estudios de EvoDevo en este Coral formador de Arrecifes y al mismo tiempo obtener reclutas sexuales que serán utilizadas en nuestros esfuerzos de conservación de esta especie de coral que se encuentra amenazada.

Biología del Desarrollo: Estamos estudiando el desarrollo de la epidermis empleando al pez cebra (Danio rerio) como modelo de estudio. En particular nos interesamos en descubrir como se forman las múltiples capas de la epidermis durante estadios post-embrionarios, con la intención de describir los mecanismos regulatorios a nivel molecular que establecen un balance entre proliferación y diferenciación celular, lo cual ocurre mientras el pez crece hasta alcanzar su tamaño final.

Research Summary

We aim to discover novel molecular mechanisms that acting through development allow to organisms to evolve and cope with dramatic changes in the environment they live. We are particularly interested in Marine Reef Organisms and how they adapt to a global increase in temperature.

EvoDevo: This is the name of a growing field of research that combines Developmental Biology and Evolution. Some of their integrated concepts are Genetic Assimilation and Developmental plasticity and those are precisely our research focus. Our background includes experiments in developmental biology using zebrafish as a laboratory model organism, besides adaptation and behavioral research in the cavefish Astyanax mexicanus, this eyeless fish has evolved to live in perpetual darkness. At this point we are initiating novel experimental EvoDevo research in Cnidarians, particularly those that inhabit Coral Reefs.

Climatic change resilience by Genetic Assimilation: Biological systems are maintained unchanged by several generations, by means of molecular mechanisms that watch fidelity during reproduction. However, to survive to dramatic and sudden environmental changes, organisms must rapidly adapt. This paradox illustrates a major question in biology; How the environment directs evolutionary innovation?. For more than 70 years we have been taught an evolutionary model named the Modern Synthesis, that considers that the environment only plays a selective role over random mutations. – Several authors believe that this is an incomplete interpretation of evolution and that Genetic Assimilation, proposed by Conrad H. Waddington in 1953 and refined more recently by Susan Lindquist, offer an explanation about molecular mechanisms, induced by the environment, may unmask phenotypes (genetic cryptic variations) that could be fixed in next generations. It has been described that these mechanisms involve “Biological capacitors” as Heat shock proteins like the Hsp90 chaperone, that is induced as a response to higher temperatures and act by filtering out misfolded proteins (particularly transcription factors and signaling ligands) and selecting properly folded proteins. However, we believe Hsp90 is not the only Biological capacitor in nature and therefore we have begun to search for new Biological capacitors in marine organisms, that are particularly sensitive to a global increase in temperature. This experimental work will be carried out in the Sea anemone Aiptasia pallida.

Germ Cells Culture: In collaboration with Professor Anastazia Banaszak we initiated to set up protocols for cryo-preservation of Elkhorn Coral (Acropora palmata) gametes and to culture germ cells, with the purpose to maintain a continuous reservoir of Coral embryos that may allow us to do EvoDevo research in this organism and at the same time to obtain Acropora sexual recruits for replenish wild populations from this endangered Coral species.

Developmental Biology: We are performing experiments on the epidermis development in zebrafish (Danior rerio) as a model organism. We are particularly interested in gaining insights about how a multilayered epidermis is formed at post-embryonic stages, aiming to describe the regulatory molecular pathways that creates a balance between proliferation and cell differentiation, while the fish is growing to reach is full size.

Publicaciones recientes | Recent publications

Marcellini, S., González, F., Sarrazin, A. F., Pabón-Mora, N., Benítez, M., Piñeyro-Nelson, A., ... & Da Fonseca, R. N. (2017). Evolutionary Developmental Biology (Evo‐Devo) Research in Latin America. Journal of Experimental Zoology Part B: Molecular and Developmental Evolution, 328(1-2), 5-40.

Rangel-Huerta, E. and Maldonado, E. (2017).  Transit-Amplifying Cells in the Fast Lane from Stem Cells towards Differentiation Review Article. Stem Cells International Volume 2017, Article ID 7602951, 10 pages https://doi.org/10.1155/2017/7602951

Rangel-Huerta, E., Avila-Soria, G. and Maldonado, E. Evolution of the Marine Animal Forest: EvoDevo of Corals, Sea anemones and Jellyfishes. In Marine Animal Forests. Springer (2017) Editors: Sergio Rossi, Lorenzo Bramanti, Andrea Gori and Covadonga Orejas. Pages 1 – 16. ISBN: 978-0128021484

Zampedri, C., Tinoco-Cuellar, M., Carrillo-Rosas, S., Diaz-Tellez, A., Ramos-Balderas, J.L. Pelegri, F. , and Maldonado, E. (2016) Zebrafish P54 RNA helicases are cytoplasmic granules residents that are required for development and stress resilience. Biol Open. 5, 1473-1484. DOI: 10.1242/bio.015826.

Ku-Centurión, M., González-Marín, B., Calderón-Ezquerro, MC., Martínez-Valenzuela, MC., Maldonado, E. and Calderón-Segura, ME. (2016) DNA Damage Assessment in Zebrafish Embryos Exposed to Monceren(®) 250 SC Fungicide Using the Alkaline Comet Assay. Zebrafish 13. 442-448. DOI: 10.1089/zeb.2016

Diaz-Tellez, A., Zampedri, C., Ramos-Balderas, J.L. García-Hernández, F. and Maldonado, E. (2016) The Zebrafish scarb2a insertional mutant reveals a novel function for the Scarb2/Limp2 receptor in notochord development. Dev. Dyn. Jan 6. DOI: 10.1002/dvdy.24383.

Santacruz, A., García, O.M., Tinoco-Cuellar, M., Rangel-Huerta, E. and Maldonado, E. Spatial  Mapping in Perpetual Darkness: EvoDevo of Behavior in Astyanax mexicanus Cavefish. In Biology and Evolution of the Mexican Cavefish. Elsevier (2016)  Editors: Alex Keene, Masato Yoshizawa and Suzanne McGaugh. Pages 361-376. ISBN: 978-0128021484

Kamaid, A., Molina-Villa, T., Mendoza, V., Pujades, C., Maldonado, E., Ispizúa-Belmonte, J.C. and Lopez-Casillas, F. (2015) Betaglycan Knock-down causes embryonic angiogenesis defects in zebrafish.  Genesis. 53, 583-603. DOI: 10.1002/dvg.22876

Guzman, A., Ramos-Balderas, JL., Carrillo-Rosas, S. and Maldonado, E. (2013) A Stem Cell Proliferation Burst, Forms New Layers of P63 Expressing Suprabasal Cells, During Zebrafish Postembryonic Epidermal Development. Biol Open. 2, 1179-1178. DOI: 10.1242/bio.20136023

Ramos-Balderas, J.L., Carrillo-Rosas, S., Guzmán, A., Navarro, R.E. and Maldonado, E. (2013) The Zebrafish Mutants for the V-ATPase Subunits d, ac45, E, H and c and their Variable Pigment Dilution Phenotype. BMC Res Notes. 6:39. DOI: 10.1186/1756-0500-6-39

Salinas, L.S., Franco-Cea, A., Láscarez-Lagunas, L. I., Villanueva-Chimal, E., Maldonado, E. and Navarro, R.E. (2012) Germ Cell Survival in C. elegans and C. remanei is Affected When the DEAD Box RNA Helicases VBH-1 or Cre-VBH-1 are Silenced. Genesis. 50, 801-818. DOI: 10.1002/dvg.22043

 

Tesis Dirigidas |Directed Thesis

Maestra Samantha Carrillo Rosas. Tesis: “Defectos en el desarrollo del sistema nervioso en la mutante del gen vps18 del pez cebra”. Título de Maestra en Ciencias Bioquímicas. Facultad de Química de la UNAM. Fecha de titulación: 4 de Noviembre, 2013

 Doctora Aida Guzmán López. Tesis: “Estudios sobre el desarrollo de la células de la epidermis durante el desarrollo embrionario del pez cebra (Danio rerio)”. Título de Doctora en Ciencias Biológicas, Posgrado en Ciencias Biológicas de la UNAM.  Fecha de titulación: 5 de Diciembre, 2013

Maestra Maryana Tinoco Cuellar. Tesis “Estudios sobre el organizador caudal: un nicho de células que establece el patrón corporal básico durante el desarrollo del pez cebra”. Título de Maestra en Ciencias Biológicas. Facultad de Ciencias de la UNAM.  Fecha de titulación: 19 de Noviembre, 2015

Doctora María Cecilia Zampedri.  Tesis: “Las RNA helicasas P54a y P54b como componentes de gránulos de RNA citoplasmáticos durante el desarrollo del pez cebra”. Título de Doctora en Ciencias Biomédicas, Posgrado en Ciencias Biomédicas de la UNAM.  Fecha de titulación: 19 de Enero, 2017

Maestro Oscar Manuel García González. Tesis “Memoria espacial de Astyanax mexicanus de cueva y superficie en ausencia de luz”  Título de Maestro en Ciencias Biológicas. Facultad de Ciencias de la UNAM. Fecha de titulación: 20 de Octubre, 2017