Cómo la proporción adecuada de moléculas de señalización controla el desarrollo embrionario temprano
Durante el desarrollo embrionario, las células tienen que conocer su posición y su futuro papel en el organismo, para que los tejidos y órganos del cuerpo se creen en los lugares adecuados. Dos moléculas de señalización llamadas Nodal y BMP son cruciales para esto. Un equipo interdisciplinario dirigido por Patrick Müller en el Laboratorio Friedrich Miescher de la Sociedad Max Planck en Tubinga ha descubierto cómo la distribución de estas moléculas de señalización crea finalmente un código que asigna a cada célula su lugar y su función.
Las moléculas de señalización etiquetadas con proteínas fluorescentes.
Friedrich Miescher Laboratory, Tübingen/ Germany
Este mecanismo básico del desarrollo embrionario temprano también puede ayudar a guiar los enfoques de ingeniería tisular para la medicina regenerativa en el futuro.
Es como una danza bien coreografiada: Durante el desarrollo embrionario temprano, las células se diferencian y se mueven de un grupo aparentemente caótico a su destino final. De esta manera, los patrones emergen del grupo celular, y se desarrollan los ejes del embrión a lo largo de los cuales emergen las partes del cuerpo. Las moléculas de señalización organizan la coreografía de esta pieza de danza. Asignan a las células inmaduras su lugar en el embrión y se aseguran de que asuman el papel y la función que les corresponde durante su proceso de maduración, para que por ejemplo se puedan formar miembros u órganos.
Los coreógrafos, los factores clave en el desarrollo embrionario temprano, incluyen las moléculas de señalización Nodal y BMP. Nodal determina donde estará el interior del embrión, y BMP determina donde surgirá el vientre (ventral) y la espalda (dorsal).
Estas dos moléculas señalizadoras también son responsables de la formación del eje corporal de la cabeza a la cola. Sorprendentemente, cuando se introducen artificialmente Nodal y BMP en los embriones de pez cebra, estas moléculas de señalización pueden incluso desencadenar la formación de un eje secundario completo - un gemelo siamés.
La proporción adecuada entre Nodal y BMP es decisiva para el desarrollo de los ejes. "Se crea un gradiente a lo largo de los ejes a partir de ambas moléculas, y dependiendo de la cantidad de Nodal o BMP presente, se determina el destino de las células embrionarias en esta zona", explica Gary Soh, primer autor de la publicación. "Si hay mucho Nodal pero poca BMP, se crean estructuras de cabeza; si la proporción es inversa y la BMP es mayor, se forma una cola. Sin embargo, hasta ahora no ha quedado claro cómo se crea este gradiente y cómo responden las células del embrión a este gradiente".
Para abordar esta cuestión, Soh y sus colegas etiquetaron al pez cebra Nodal y BMP con proteínas fluorescentes y siguieron la formación de los ejes secundarios resultantes. Como los embriones de pez cebra son transparentes, los investigadores pudieron observar cómo ambas moléculas de señalización se distribuyen en el embrión. El sorprendente resultado: Nodal y BMP tienen distribuciones muy similares.
Entonces, ¿cómo se leen estas distribuciones, de modo que las células a lo largo del eje del cuerpo embrionario asumen diferentes identidades y realizan diferentes funciones? Aquí es donde entran en juego las moléculas de señalización adicionales: moléculas de la llamada familia Smad.
Nodal y BMP activan estas moléculas, pero no de la misma manera, como descubrieron los científicos. Utilizando modelos matemáticos y mediciones precisas, demostraron que Nodal estimula la activación de Smad2 con relativa lentitud, mientras que BMP activa Smad5 muy rápidamente.
Como consecuencia, surgen diferentes concentraciones de las moléculas Smad a lo largo del eje emergente. "Encontramos que las células se desarrollan a lo largo de diferentes caminos dependiendo de la proporción entre Smad2 y Smad5 activados", explica Soh. "Estas diferentes proporciones parecen crear una especie de código que en última instancia controla qué tipo de células se forman y dónde".
Los científicos han revelado un mecanismo fundamental de desarrollo embrionario temprano, que a largo plazo también podría ayudar a orientar los enfoques para la diferenciación de las células madre en tejidos específicos para la medicina regenerativa.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Soh GH, Pomreinke AP, Müller P (2020); "Integration of Nodal and BMP signaling by mutual signaling effector antagonism"; Cell Reports, 31:107487
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