Las células se dirigen unas a otras para especializarse en diferentes funciones
Nuevo concepto para describir cómo se especializan las células durante el desarrollo
Durante el desarrollo, las células deben especializar su función en un plazo bien definido: la formación de diferentes tejidos debe coordinarse a partir de un montón de células. El grupo de investigación dirigido por Aneta Koseska (antiguo Instituto Max Planck de Fisiología Molecular (MPI), CAESAR Bonn) ha desarrollado ahora un nuevo concepto teórico que muestra cómo las células se especializan en proporciones correctas de forma coordinada a través de su comunicación entre sí, y por tanto cómo se forman y mantienen nuevas estructuras.
El modelo dinámico revela cómo la comunicación célula-célula en una población en crecimiento puede desencadenar la diferenciación y las proporciones robustas de los tipos celulares (arriba), pero también recuperar las proporciones exactas (centro y abajo) si los tipos celulares se separan mediante una perturbación.
MPI für molekulare Physiologie
Las células madre son las más polifacéticas entre las células del cuerpo. Pueden diferenciarse en diferentes tipos de células, como las de la piel, las nerviosas o las óseas. Así, durante el desarrollo embrionario temprano, un grupo desordenado de células madre se transforma en estructuras corporales ordenadas. La información necesaria para la diferenciación se almacena en el genoma de las células madre. Sin embargo, falta un plano para la formación de estructuras corporales. No obstante, el desarrollo de los distintos tejidos debe ejecutarse con gran precisión y en el momento adecuado. Todavía no se sabe cómo se coordina este complejo proceso.
Las células hablan entre sí
Hasta ahora se ha supuesto que la coordinación de estos procesos tiene lugar a nivel de células individuales que actúan de forma independiente. Éstas reciben señales de su entorno que desencadenan la producción de marcadores genéticos y el desarrollo de patrones de expresión génica característicos, y así las células madre se diferencian en una célula con una función específica. Sin embargo, en este marco es difícil explicar cómo se generan las proporciones adecuadas de los distintos tipos de células y cómo surge el momento de la diferenciación.
El grupo de Aneta Koseska ha establecido ahora un concepto teórico completamente nuevo para describir el desarrollo celular basado en un mecanismo a nivel de población. Con este cambio de perspectiva, los científicos pueden ahora describir cómo puede garantizarse el momento correcto del desarrollo en una estructura organizada, y cómo el desarrollo puede proceder con solidez y precisión a pesar de las perturbaciones. Los científicos sugieren que el crecimiento de la comunidad celular puede dirigir el destino de las células individuales y, por tanto, ofrecer un eslabón perdido entre la morfogénesis y la formación de patrones.
Los conceptos teóricos tienen una rica historia en biología
Estos conceptos teóricos se ponen a prueba mediante modelos matemáticos que captan los mecanismos y parámetros esenciales de un proceso biológico. De este modo se pueden describir acontecimientos complejos en la célula y hacer predicciones. Estos modelos pueden utilizarse como laboratorios artificiales para validar las hipótesis formuladas a partir de los datos experimentales, pero también para desarrollar nuevas hipótesis que luego pueden probarse experimentalmente. "Esta investigación parece muy abstracta, pero las ideas teóricas tienen una rica historia en biología", explica Aneta Koseska. Uno de los ejemplos más conocidos es la teoría evolutiva propuesta por Darwin, que luego fue formulada matemáticamente por otros científicos. Una teoría nos permite entender "cómo funciona, cuál es el mecanismo". Sin embargo, es crucial que exista un vínculo directo entre la teoría y los experimentos, ya que ambas partes son fundamentales para generar una comprensión de los procesos complejos.
La comunicación célula-célula como propiedad general
La comunicación entre células también desempeña un papel importante en otros procesos importantes, como la curación de heridas, por ejemplo. Esto se debe a que las células también deben reaccionar continuamente a su entorno. "Con nuestro nuevo concepto, queremos investigar esto en detalle en el futuro, tanto teórica como experimentalmente", dice Aneta Koseska.
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