Um mecanismo molecular compartilhado na padronização de nadadeiras em peixes pulmonados e membros em tetrápodes

The first known tetrapods to emerge already display a specifically arranged limb, composed of proximal endoskeletal elements (humerus, radius and ulna) plus distal elements (wrist bones and digits). While limbs with digits have been regarded as an evolutionary novelty, part of their skeletal organization was already in place in fish fins, as the closest relatives to tetrapods, sarcopterygian fishes, possess three proximal bones and a distal endoskeletal region composed of segmented radials. Among modern lungfish, the genus Neoceratodus has retained distal radials whereas Lepidosirenids (Protopterus e Lepidosiren) have lost them. Genetic or pharmacological inactivation of Sonic Hedgehog signaling (SHH) in developing limbs and fins leads to loss of distal endoskeleton, digits or distal radials, respectively. Shh expression during appendage development is controlled by a highly conserved enhancer element termed ZRS, present in all vertebrates including snakes. Here, we investigate the role of SHH signaling during lungfish fin regeneration by: (i) cloning and in silico analysis of ZRS from lungfish species of the three living genera; (ii) Semiquantitative PCR for Shh, Ptch1 and Gli1 and (iii) pharmacological modulation of SHH signaling during lungfish fin regeneration. Comparative analysis of vertebrate ZRS sequences revealed a 17 bp deletion of a key ETS transcription factor binding site in Lepidosirenid lungfish but not in Neoceratodus. Furthermore, as seen in salamander limb regeneration, SHH signaling is activated and is necessary for lungfish fin regeneration. Last, we show that SHH activation increases the number of distal radials in lungfish fin. Overall, our data suggests that SHH signaling, a key pathway underlying digit development in tetrapods, also controls distal radial development in lungfish fins, providing support for the homology of digits and distal radials.Os primeiros tetrápodes conhecidos apresentavam membros com endoesqueleto proximal (úmero), seguido de dois elementos intermediários (rádio e ulna) e diversos elementos distais (ossos do punho e dígitos). Apesar de membros com dígitos serem considerados a inovação evolutiva de tetrápodes, parte dessa organização já estava presente em peixes sarcopterígeos extintos, grupo irmão de tetrápodes. O endoesqueleto da nadadeira desses peixes apresentava os três elementos proximais seguidos de uma região distal com radiais segmentados (endoesqueleto) e raios (exoesqueleto). Atualmente, os peixes sarcopterígeos são representados por Celacantos e peixes pulmonados e a homologia entre os radiais distais e dígitos ainda é motivo de discussão. Entre os peixes pulmonados modernos, Neoceratodus forsteri possui elaborado arranjo de radiais distais, estas estruturas são severamente reduzidas em espécies do gênero Protopterus e ausentes em Lepidosiren paradoxa. A via de sinalização Sonic Hedgehog (SHH) é essencial para do desenvolvimento de dígitos, visto que camundongos nocaute para Shh apresentam a perda de dígitos, enquanto sua ativação ectópica da via SHH leva à polidactilia. A expressão de Shh é controlada por um acentuador, altamente conservado chamado ZRS, que está presente mesmo em tetrápodes sem membros, como serpentes. Neste trabalho, investigamos o papel da via de sinalização de SHH na formação do esqueleto de nadadeiras em regeneração de peixes pulmonados por: (i) clonagem e análise in silico do ZRS; (ii) análise de expressão relativa de Shh e seus genes alvos por semi-qPCR; (iii) modulação global da via de sinalização de SHH por uso de fármacos. A análise in silico das sequências de ZRS por alinhamento múltiplo revelam uma deleção de 17 pares de base em um sítio de ligação para um fator de transcrição ETS apenas em Protopterus e Lepidosiren. Por semi-qPCR mostramos que a via de SHH é ativada durante a regeneração de nadadeiras em P. annectens. Por fim, a inibição da via bloqueia a regeneração e sua ativação ectópica leva ao aumento do número e formação precoce dos radiais distais. Portanto, nossos dados sugerem que a via de SHH, central no desenvolvimento de dígitos em tetrápodes, também atua na formação de radiais distais em peixes pulmonados, suportando a hipótese de homologia entre estas estruturas e dígitos