Desarrollo embrionario en cámara lenta
Nueva luz sobre la biología de la reproducción
El corzo es uno de los pocos mamíferos cuyos embriones entran en un periodo de latencia especialmente largo. Utilizando modernos métodos moleculares, los investigadores de la ETH de Zúrich han demostrado por primera vez lo que ocurre exactamente con el embrión durante esta fase. Han identificado las señales que controlan el despertar del embrión.
Imagen simbólica
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Todo el mundo está familiarizado con los corzos, ya sea por los crucigramas o por los encuentros en la vida real durante un trote o una caminata en el bosque: criaturas majestuosas con elegantes ojos grandes y negros.
Por muy común que parezca el corzo en los bosques suizos, una de sus características es única entre las especies de ciervos. Tras el apareamiento y la fecundación del óvulo en pleno verano, el embrión, del tamaño de una cabeza de alfiler, no se implanta en el útero, sino que entra en un periodo de latencia, llamado diapausa embrionaria. Este periodo dura más de cuatro meses, hasta diciembre. Sólo entonces el embrión continúa su desarrollo a ritmo normal y se implanta en el útero. En mayo, tras cuatro meses y medio de gestación "real", la cierva da a luz entre uno y tres cervatillos.
Aunque el fenómeno se conoce desde hace más de 150 años, sigue siendo desconcertante. Se conocen varias formas de diapausa embrionaria en más de 130 especies de mamíferos. Sin embargo, rara vez duran tanto como la observada en el corzo. Y, lo que es más importante, casi ninguna otra especie muestra una desaceleración tan pronunciada y continua en lugar de una detención completa. En los ratones, los científicos pueden inducir artificialmente la diapausa. Sin embargo, en el corzo aún no está claro qué factores controlan la diapausa mientras se mantiene vivo el embrión.
El grupo de investigación dirigido por Susanne Ulbrich, catedrática de Fisiología Animal de la ETH de Zúrich, lleva tiempo investigando el misterio de la diapausa del corzo. En un nuevo estudio, los investigadores demuestran qué procesos moleculares tienen lugar en el embrión mientras está inactivo: las células embrionarias siguen dividiéndose durante la diapausa, aunque muy lentamente. El número de células, incluidas las células madre embrionarias, se duplica sólo cada dos o tres semanas. En el estudio, que acaba de publicarse en la revista PNAS, participaron no sólo el grupo de la ETH, sino también investigadores de las universidades de Zúrich y Berna, así como instituciones de investigación alemanas y francesas.
Estudio de transcripciones genéticas y moléculas de señalización
Para responder a la pregunta de qué impide que las células embrionarias se dividan a un ritmo normal, los investigadores examinaron primero la composición molecular del líquido uterino. A continuación, examinaron el transcriptoma, es decir, la suma de todas las moléculas de ARN mensajero, de los embriones y las células epiteliales uterinas.
En el líquido uterino, los investigadores encontraron sustancias de señalización que podían regular el ritmo de división celular. El aminoácido serina era especialmente llamativo. Los investigadores de la ETH demostraron que, hacia el final de la diapausa, la concentración de ciertos aminoácidos en el líquido uterino cambia. A continuación, la tasa de proliferación celular vuelve a ser normal.
En este proceso interviene el complejo molecular mammalian target of rapamycin (mTOR). mTOR reacciona a los aminoácidos y desempeña un papel crucial en muchas vías de señalización metabólica en las células de los mamíferos, incluidas las asociadas al cáncer. mTORC1, por ejemplo, regula la síntesis de proteínas y, por tanto, el crecimiento y la división celular.
Según los nuevos descubrimientos, sólo la actividad de mTORC1, pero no la de mTORC2, se suprime en los embriones de corzo durante la diapausa. Esto contrasta con los ratones en diapausa, en los que la división celular se detiene por completo al inhibir tanto mTORC1 como mTORC2.
Hacia el final de la diapausa, el aumento significativo del nivel de aminoácidos en el líquido uterino activa mTORC1. Esto, a su vez, aumenta la expresión de genes metabólicos y del ciclo celular, impulsando el desarrollo del embrión. Por otra parte, dado que mTORC2 no se inhibe durante la diapausa en los embriones de corzo, los investigadores plantean la hipótesis de que esto podría explicar por qué la división celular continúa lentamente.
En este estudio, los investigadores no investigaron si hay otras moléculas de señalización implicadas junto a los distintos aminoácidos. Tampoco está claro si los aminoácidos son los verdaderos responsables de la reanudación del desarrollo embrionario o si el propio embrión segrega también moléculas que actúan sobre las células maternas y las vías de señalización. El embrión puede indicar su presencia a su madre a través de moléculas de señalización específicas. Ulbrich desea colmar esta laguna de conocimientos en futuros estudios.
Nueva luz sobre la biología reproductiva
Estos nuevos hallazgos arrojan luz sobre la biología reproductiva y del desarrollo en general. Una cuestión fundamental es cómo se establece el embarazo en los mamíferos. Por ejemplo, en las mujeres y en el ganado doméstico, los embriones no suelen implantarse en el útero y mueren. "Esto tiene que ver con complejas interacciones entre el embrión y la madre", dice Ulbrich.
Añade que el éxito de la gestación exige una sincronización precisa. El embrión debe darse a conocer en el momento adecuado mediante señales (moleculares) apropiadas e interrumpir el ciclo de la madre. "Queremos entender mejor esta interacción entre el embrión y la madre", explica Ulbrich. Para ello, dice, el corzo es un modelo ideal. El desarrollo embrionario del corzo es muy similar al del ganado, pero se produce a cámara lenta. "Esto nos permite resolver mejor temporalmente la secuencia de acontecimientos y encontrar relaciones causales".
Los hallazgos también podrían ayudar a mejorar la fecundación in vitro en humanos, de modo que ya no sea necesario congelar los embriones. Además, podrían utilizarse factores naturales para controlar el ritmo de división de las células, incluidas las células madre embrionarias.
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
van der Weijden VA, Bick JT, Bauersachs S, Rueegg AB, Hildebrandt TB, Goeritz F, Jewgenow K, Giesbertz P, Daniel H, Derisoud E, Chavatte-Palmer P, Bruckmaier RM, Drews B, Ulbrich SE; "Amino acids activate mTORC1 to release roe deer embryos from decelerated proliferation during diapause"; PNAS; 2021
Rüegg AB, Bernal S, Moser FN, Rutzen I, Ulbrich SE; "Trophectoderm and embryoblast proliferate at slow pace in the course of embryonic diapause in the roe deer (Capreolus capreolus)"; Bioscientifica Proceedings; 2020
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