Los factores y receptores neurotróficos son esenciales para el desarrollo y mantenimiento del sistema nervioso vertebrado y contribuyen de manera decisiva en funciones neuronales complejas tales como el aprendizaje, la memoria y el comportamiento social complejo. Dichos genes han sido estudiados en el anfioxo, un invertebrado marino que, por su plano corporal, desarrollo embrionario y genoma prototípico respecto a los vertebrados, es actualmente considerado el pariente vivo más cercano al que fue el ancestro de los vertebrados. Este estudio describe la caracterización a nivel molecular y funcional del primer receptor Trk jamás aislado en un invertebrado, rebatiendo la idea de que los receptores Trk son una innovación de los vertebrados, y sugieriendo que se originó por barajado de exones contenedores de dominios proteicos. Asímismo la expresión de este gen durante el desarrollo embrionario del anfioxo ha revelado ciertas características novedosas respecto al desarrollo de su sistema nervioso. Durante la neurulación se ha provado la migración individual de células ectodérmicas, lo que podría reflejar un comportamiento parecido al de las células de la cresta neural de vertebrados, un tipo de células pluripotentes que dan lugar a un gran número de estructuras únicamente presentes en los vertebrados y totalmente ausentes en el anfioxo. Este trabajo también incluye la caracterización del primer miembro conocido de la familia de las caspasas en el anfioxo, involucradas en muerte neuronal y, además las primeras técnicas desarrolladas para la obtención rutinaria de embriones, con la potencialidad que ello comporta para su manipulación "in vivo", con el objetivo de realizar ensayos funcionales y abrir las puertas a los estudios de Evo-Devo experimental. / Neurotrophic factors and their receptors play an essential role in the development and maintenance of the vertebrate nervous system, where they crucially contribute to higher neuronal functions such as learning, memory and complex social behaviour. These genes have been studied for the first time in the cephalochordate amphioxus, which is presently the best stand in for the study of one of the major events in evolution: the invertebrate-vertebrate transition. This work describes the molecular and functional characterisation of the first Trk receptor ever isolated from an invertebrate, refuting the idea that Trk receptors are a vertebrate evolutionary novelty. The results obtained suggest that exon shuffling was a key mechanism to generate a unique ProtoTrk gene, similar to that of amphioxus, which subsequently expanded by gene duplication during vertebrate evolution giving rise to all members of the Trk gene family presently known in higher vertebrates. Furthermore, the expression pattern of this Trk receptor throughout embryonic development revealed certain particularities of the amphioxus nervous system never described before. The embryonic epidermis of amphioxus neurulae contains a cell population able to migrate individually, mimicking the migratory behaviour of the vertebrate neural crest cells, a pluripotent cell type only present in vertebrates and totally absent in amphioxus. This work also includes the characterisation of the first caspase ever isolated in amphioxus and the first approaches towards experimental Evo-Devo through the development of new techniques to obtain amphioxus embryos "a la carte" and to manipulate them "in vivo".

Todos los animales, vivos y fósiles, están comprendidos dentro de 35 fila. Éstos abarcan la enorme diversidad de morfologías que se han generado durante la evolución animal, desde una medusa, hasta una mosca o nosotros mismos, el hombre. Cada una de las diferentes morfologías son en último término el resultado de un proceso de desarrollo embrionario muy finamente regulado en el que participan cientos de genes, y que forman parte de decenas de redes génicas que interactúan unas con otras. A lo largo del tiempo, estas morfologías han ido evolucionando de forma que se han ido generando nuevas especies a partir de otras preexistentes o ancestros, compartidos por las especies que derivan de él. Dado este marco, cobra fuerza una disciplina relativamente reciente, la Evo-Devo o Evolución del Desarrollo, que pretende explicar la evolución de la morfología animal buscando los cambios en los genes del desarrollo embrionario, ya que la primera es fruto del segundo. Sin embargo, la mayoría de los genes del desarrollo son los mismos en todos los animales, algo que se conoce como el toolkit genético, y esto lleva a lo que se conoce como la paradoja de la Evo-Devo: ¿cómo se explica entonces la gran diversidad morfológica, si los diferentes animales están construidos con los mismos genes? Hay que buscar por tanto las diferencias que existan en los procesos del desarrollo de los diferentes animales. Una de estas diferencias puede recaer en cómo los genes del desarrollo se regulan. En esta tesis, se han utilizado los genes Hox como modelos de evolución genómica, y se han analizado el patrón de expresión de estos genes en la especie europea de cefalocordado, Branchiostoma lanceolatum. Se ha identificado el patrón de expresión de casi todos los genes del clúster Hox de este animal, constituido por 15 genes Hox. De ellos, los genes Hox1, 2, 3, 4 y 6 ya estaban descritos en la especie americana B. floridae, aunque se ha encontrado un patrón diferente para el gen Hox6. Además, para los genes Hox6 y Hox14, se ha encontrado un patrón de regulación modular, donde parte del patrón de expresión está regulado por ácido retinóico. En otra fase de la tesis, se han identificado putativos elementos reguladores en las regiones intergénicas de estos genes mediante una estrategia de "phylogenetic footprinting". Esto ha sido realizado mediante la comparación de regiones ortólogas de los genes Hox de las dos especies de anfioxo y humando. Algunas de estas, como las que rodean el gen Hox4, están conservadas también con pez cebra, y son capaces de dirigir la expresión de un gen reporter en tejidos donde se expresan los genes endógenos. Además, siguiendo la misma estrategia, hemos identificado una región de regulación global que está presente en vertebrados, situándose su origen al menos en el ancestro de los cordados. / "Hox complex as models for genomic evolution: characterization and regulation of Hox genes expression of European Hox cluster". TEXT:Hox genes are key developmental genes involved in patterning the antero-posterior axis of most metazoans studied so far. They generally are linked in genomic cluster and expressed with spatial and temporal colinearity in amphioxus and vertebrates. The closer to the 3' extreme of the cluster the gene is, the earlier and more anteriorly it is expressed. Nonetheless, this is fully true for all genes only in vertebrate clusters, since the expression of almost all central and all posterior Hox genes of amphioxus, which represents the closest relative to the chordate ancestor, is not known, and the expression in hemichordates and tunicates is not always colinear. In this thesis, we present a complete expression profile of amphioxus Hox genes and interestingly report the breaking of both spatial and temporal colinearity of some central and posterior Hox genes. Posterior Hox genes are expressed in structures like the notochord and posterior parts of the gut. Hox14 had the most divergent expression pattern, being also present in the anterior cerebral vesicle and pharyngeal endoderm. This is the first report of Hox expression in the most anterior part of a central nervous system. We also show that Hox14 expression is partially regulated by retinoic acid (RA) (in notochord and hindgut), like it happens for more anterior Hox genes are. On the other hand, Hox14 expression in the cerebral vesicle and pharynx are not influenced by RA. The lack of constriction in the posterior part of vertebrate and cephalochordate Hox cluster may be the cause of their independent expansion and their co-option for patterning different structures, allowing the breaking of colinearity in deuterostomes.