No hay dos huellas dactilares exactamente iguales. Eso es lo que los hace tan útiles para que la policía y los teléfonos inteligentes identifiquen positivamente a las personas. Investigaciones anteriores han demostrado que los genes juegan un papel en cómo se forma el patrón complejo de surcos y protuberancias en las yemas de los dedos, entonces, ¿por qué los gemelos idénticos no tienen huellas dactilares idénticas? Un nuevo estudio revela que tres familias de moléculas de señalización, junto con ligeras diferencias en la forma del dedo y el momento del crecimiento de la piel, interactúan para crear nuestras variaciones únicas.
«Es un gran ejemplo de cómo las fluctuaciones menores… pueden generar variaciones interminables en un patrón», dice Roel Nusse, biólogo del desarrollo de Stanford Medicine que no participó en la investigación.
Las superficies irregulares de los dedos mejoran el agarre y se encuentran en humanos y especies trepadoras, como koalas y chimpancés. También nos ayudan a sentir la diferencia entre texturas. Las huellas dactilares se forman relativamente temprano en el desarrollo fetal, comenzando alrededor de la semana 13 de gestación con la formación de hendiduras en las yemas de los dedos llamadas crestas primarias. Estas crestas se desarrollan en tres patrones principales: arreglos circulares simétricos llamados «verticilos»; patrones curvos más largos llamados «bucles»; y crestas triangulares conocidas como «arcos». Los científicos tienen identificó varios genes que influyen en qué patrones terminan en la huella dactilar de una personapero los mecanismos bioquímicos que impulsan la formación de estas crestas han resultado esquivos.
Para arrojar luz sobre este misterio, Denis Headon, genetista de la Universidad de Edimburgo, y sus colegas secuenciaron el ARN dentro de los núcleos de las células de la punta de los dedos de embriones humanos para identificar los genes que se expresan durante el desarrollo. (El tejido embrionario provino de personas que interrumpieron sus embarazos en el Reino Unido). Esos genes descubrieron tres vías de señalización diferentes, familias de proteínas que llevan instrucciones entre las células, cada una de las cuales desempeña un papel en la dirección del crecimiento de la piel en la punta de los dedos. Los genes involucrados en dos de estas vías de señalización, conocidas como WNT y BMP, se expresan en franjas alternas de células en las yemas de los dedos en desarrollo, creando lo que finalmente se convertirá en los surcos y protuberancias de la huella dactilar. Un tercer factor, EDAR, se expresa junto con WNT en los surcos en desarrollo.
Los ratones también tienen patrones de crestas simples en sus dedos. Cuando los investigadores suprimieron artificialmente las vías de señalización en ratones, encontraron que las señales de WNT y BMP funcionan de manera opuesta. WNT parece estimular el crecimiento celular para crear protuberancias elevadas en la capa externa de la piel, mientras que BMP suprime el crecimiento celular para formar surcos. Las señales EDAR ayudan a determinar el tamaño y el espaciado de las crestas. Por ejemplo, cuando los investigadores eliminaron la vía WNT, sus dígitos no formaron crestas, mientras que eliminar la vía BMP hizo que las crestas fueran más anchas. Y en los ratones que portaban una mutación que silenciaba la actividad de EDAR, en sus dedos creció un patrón de crestas con lunares en lugar de rayas.
En última instancia, estos tres vías de señalización trabajan juntas para controlar la formación de crestas primarias que crecen en la estructura corrugada de las huellas dactilares, informa el equipo esta semana en Celúla.
La relación opuesta entre WNT y BMP en las yemas de los dedos humanos es característica de los patrones de Turing, en los que diferentes actividades químicas superpuestas dan lugar a patrones complejos, que están muy extendidos en la naturaleza y dan lugar a las rayas y manchas que se ven en el pelaje de los animales y la piel de los peces tropicales. . “La singularidad individual [of fingerprints] proviene de elementos diminutos del patrón”, dice Headon, como crestas largas que se detienen, crestas que se dividen en dos o crestas cortas llamadas islas. “Los patrones de Turing producen fácilmente este tipo de patrón de escala fina”, explica.
Pero la forma general del patrón de la huella dactilar, ya sea que la huella dactilar termine como una espiral, un lazo o un arco, depende de la anatomía del dedo y del momento exacto en que se forma la cresta. En los tejidos embrionarios humanos, los investigadores encontraron que las crestas primarias comienzan a formarse en hasta tres lugares: el centro de la almohadilla suave y elevada del dedo fetal, el extremo del dedo debajo de la uña y el pliegue en la articulación donde se dobla el dedo. Desde estos tres sitios, las crestas se extienden a lo largo de la yema del dedo como «olas… cada cresta sirve para definir la posición de la siguiente», dice Headon. La anatomía del dedo ayuda a dirigir el patrón de crecimiento de las células del dedo. Si las almohadillas son grandes y simétricas y las crestas comienzan a formarse temprano, tienden a producir verticilos. Si las almohadillas son más largas y asimétricas, dan como resultado un bucle. Si las crestas simplemente no se forman en la almohadilla, o si comienzan a formarse tarde en el desarrollo, entonces las crestas del pliegue y la uña se unirán en el medio, produciendo un arco.
Los investigadores también encontraron que las mismas señales químicas (WNT, BMP y EDAR) hacen que las células en otras partes del cuerpo se conviertan en folículos pilosos. Pero nuestras yemas de los dedos permanecen libres de vello porque la formación de folículos en las palmas de nuestras manos se detiene temprano. Esto sugiere que las diferentes estructuras en la piel comienzan todas por el mismo camino de desarrollo temprano antes de divergir en roles especializados. «Puede ser que todas las estructuras formadas por nuestro órgano más grande, la piel, incluido el cabello, las glándulas, las huellas dactilares, sean generadas fundamentalmente por el mismo mecanismo», dice Nusse.
