Una nueva dimensión en la señalización de las células madre

Revelado el código morse molecular de las células madre que encripta la información de la diferenciación

01.03.2022 - Alemania

¿Dividirse, diferenciarse o morir? Tomar decisiones en el momento y lugar adecuados es lo que define el comportamiento de una célula y es especialmente crítico para las células madre de un organismo en desarrollo. La toma de decisiones depende de cómo se procesa la información mediante redes de proteínas de señalización. Los equipos de Christian Schröter, del Instituto Max Planck de Fisiología Molecular de Dortmund, y de Luis Morelli, del IBioBa, han revelado por primera vez que ERK, un actor clave en la señalización de las células madre, procesa la información a través de pulsos rápidos de actividad. La duración del intervalo de pulsos podría codificar información esencial para la decisión del destino divergente en los cultivos de células madre.

Durante su desarrollo en el embrión posterior, las células madre pasan por una serie de pasos de desarrollo. La transición entre esos pasos está controlada por moléculas de señalización que se intercambian entre las células vecinas. Una de las señales más críticas durante la embriogénesis temprana de los mamíferos es el factor de crecimiento de fibroblastos 4 (FGF4). Cuando es reconocido por una célula, esta información es procesada por una red de proteínas de señalización, dando lugar a una respuesta celular. Los actores clave de la red, su papel y sus interacciones son ya bien conocidos, pero se sabe muy poco sobre la dinámica de la señalización. Pero, ¿qué significa realmente la dinámica y por qué es importante?

La dinámica determina el destino de las células

En el ejemplo más representativo de la importancia de la dinámica en la transducción de señales, dos señales moleculares diferentes desencadenan respuestas celulares distintas -diferenciación y crecimiento celular- aunque utilicen la misma red de transducción de señales. Esto es posible porque la dinámica con la que se activa el sistema de transducción de señales es específica para cada una de las dos señales moleculares: Mientras que una activa el sistema durante un corto periodo de tiempo que conduce al crecimiento celular, la otra activa el mismo sistema durante un largo periodo de tiempo que da lugar a la diferenciación. Así pues, la dinámica de la señalización es claramente importante para determinar el destino de una célula. Sin embargo, muchos estudios realizados hasta ahora sólo podían observar una dinámica bastante lenta que se desarrollaba a lo largo de horas y que era la misma en todas las células; eran ciegos a la dinámica rápida, especialmente si ésta era diferente entre las células madre de un mismo plato.

La actividad de la ERK se produce cada seis o siete minutos

Los equipos de Christian Schröter y Luis Morelli pudieron comprender mejor la dinámica de señalización rápida en las células madre. Introduciendo un sensor fluorescente en las células madre vivas, los científicos pudieron medir la actividad de la principal proteína de señalización ERK en tiempo real. La actividad de la ERK es importante para traducir las señales moleculares en una respuesta genética y, por tanto, para regular la diferenciación de las células madre. "Medir la actividad de la ERK en células madre individuales a corto plazo es muy exigente desde el punto de vista experimental y nunca se había hecho de esta manera. Por primera vez, pudimos observar que la actividad de ERK pulsa cada seis o siete minutos, más rápido que las señales similares mostradas anteriormente en otros sistemas celulares. En las células individuales, los pulsos se producían a menudo de forma muy regular uno tras otro, pero los patrones de pulsación eran sorprendentemente diferentes entre las células individuales", afirma Christian Schröter. Los investigadores también pudieron observar que, al aumentar la señal de FGF4, el número de pulsos aumenta al sumar muchas células, aunque las duraciones de los pulsos individuales no cambiaron con el FGF4.

Enfoque interdisciplinario - Colaboración intercontinental

"Este tipo de datos y su papel en la señalización celular es muy difícil de interpretar. Y ahí es donde entra en juego nuestra experiencia", afirma Luis Morelli, colaborador desde hace tiempo y jefe de grupo en el IbioBa, instituto asociado a la Sociedad Max Planck. "Tuvimos que desarrollar un nuevo enfoque teórico para describir la dinámica en las series temporales. Al hacerlo, vimos que la duración del intervalo de pulsación podría codificar información, ya que podíamos encontrar pulsos y silencio. Llamamos a esta nueva característica dinámica oscilaciones intermitentes".

"Las oscilaciones son una característica cada vez más reconocida de los procesos de señalización. Nuestra hipótesis es que las oscilaciones intermitentes que encontramos en las células madre funcionan como una especie de código morse que codifica información de diferenciación. Presumiblemente, es el paso de la pulsación al silencio lo que juega un papel decisivo. La cuestión es ahora qué nos dice la dinámica sobre la organización de la señalización en las células madre. ¿Cómo son capaces las células de leer las oscilaciones y cómo afectan al comportamiento de la célula? Estoy convencido de que es necesaria una estrecha colaboración entre experimentadores y teóricos para desentrañar algún día los orígenes y funciones de esta nueva dimensión de la biología de las células madre", afirma Christian Schröter.

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.