Viaje al origen de las células madre
Las proteínas que regulan las células madre animales son mucho más antiguas que los propios animales
Un nuevo estudio publicado en Nature Communications revela que las proteínas críticas implicadas en la regulación de las células madre animales son mucho más antiguas de lo que se pensaba, anteriores al origen de los animales que probablemente evolucionaron hace más de 700 millones de años. El equipo internacional de investigación estaba formado por científicos del grupo del Dr. Georg Hochberg, del Instituto Max Planck de Microbiología Terrestre de Alemania, y dirigido por el Prof. Ralf Jauch, de la Universidad de Hong Kong, y el Dr. Alex de Mendoza, de la Universidad Queen Mary de Londres (Reino Unido).
Mientras que la mayoría de las células animales están especializadas y tienen funciones fijas, como las células de la piel, las nerviosas o las sanguíneas, las células madre pluripotentes son capaces tanto de autorrenovarse como de diferenciarse en células especializadas cuando es necesario. Ambos potenciales, autorrenovación y diferenciación, están estrechamente controlados por una combinación de factores reguladores internos y externos.
El estudio se centró en dos proteínas cruciales que intervienen en la regulación de las células madre: los factores de transcripción SOX y POU. SOX y POU desempeñan un papel vital en el mantenimiento del "tallo" de las células y se creía que eran una innovación específica de los animales. Esta opinión se ha visto ahora desmentida. Mediante filogenética molecular, el equipo de investigadores identificó estas proteínas en los choanoflagelados, considerados los parientes unicelulares más cercanos a los animales y separados del árbol genealógico animal hace más de 700 millones de años.
"Nuestro descubrimiento es el equivalente molecular de desenterrar un fósil de transición, arrojando luz sobre los enigmáticos orígenes de los animales", explica el Dr. Mathias Girbig, coautor del estudio e investigador del Instituto Max Planck de Microbiología Terrestre.
De la filogenética a la validación funcional
"Sorprendentemente, cuando se probaron en cultivos de células madre de ratón, descubrimos que las proteínas SOX de choanoflagelados podían sustituir funcionalmente a sus homólogas de ratón, lo que demuestra su capacidad para activar los complejos programas genéticos necesarios para la formación de células madre", afirma el Dr. Ya Gao, investigador postdoctoral de la Universidad de Hong Kong y coautor del estudio. Para investigar con más detalle la historia evolutiva de estas proteínas, los investigadores emplearon una técnica denominada reconstrucción de la secuencia ancestral.
"Imaginemos que tenemos un árbol genealógico de proteínas de varias especies, vivas y extinguidas. Utilizando sofisticados algoritmos informáticos, podemos remontarnos a través de este árbol y predecir cómo eran las proteínas de nuestros antiguos antepasados. A continuación, producimos estas proteínas antiguas para estudiar sus propiedades bioquímicas en el laboratorio", explica Mathias Girbig. "En otras palabras, este método es como una máquina del tiempo molecular porque nos permite inferir y revivir secuencias de proteínas de antepasados extinguidos hace mucho tiempo".
Y lo que es más importante, estas proteínas antiguas reconstruidas, al igual que sus homólogas existentes, también podían inducir la reprogramación de células madre en células de ratón. Esto confirmó que los rasgos moleculares que permiten a las proteínas Sox inducir la "troncalidad" son realmente ancestrales, anteriores a la evolución de los propios animales.
"Nos sorprendió descubrir que las propiedades bioquímicas básicas de las proteínas SOX, esenciales para la función de las células madre en los animales, ya estaban presentes en organismos unicelulares que existían antes de que evolucionaran los animales. Esta conservación funcional a lo largo de más de 700 millones de años de evolución es realmente fascinante, sobre todo teniendo en cuenta que no se sabe que los choanoflagelados tengan células madre", concluye Mathias Girbig.
Implicaciones para comprender la evolución animal
El Dr. Georg Hochberg, jefe del grupo de investigación del Instituto Max Planck de Microbiología Terrestre, señala: "Nuestros hallazgos sugieren que la evolución de las células madre animales podría haber implicado la reutilización de herramientas moleculares preexistentes, en lugar de la invención de mecanismos completamente nuevos."
Curiosamente, mientras que las proteínas SOX mostraron una notable conservación funcional, otros factores de transcripción (proteínas POU) de organismos unicelulares carecían de algunas propiedades clave de sus homólogos animales. Esto sugiere que la aparición de células madre animales probablemente implicó tanto la cooptación de antiguas funciones moleculares como la evolución de nuevas interacciones proteína-proteína.
"Este estudio pone de relieve la utilidad de combinar el análisis evolutivo con experimentos funcionales para comprender los orígenes de sistemas biológicos complejos", comenta el profesor Ralf Jauch, de la Universidad de Hong Kong, que coordinó este proyecto de investigación y supervisó el trabajo de biología de las células madre.
Georg Hochberg añade: "La investigación no sólo hace avanzar nuestra comprensión de la biología de las células madre, sino que también aporta nuevas perspectivas sobre la evolución de la multicelularidad animal, una de las principales transiciones en la historia de la vida en la Tierra. Estos conocimientos podrían tener implicaciones de gran alcance para campos que van desde la biología del desarrollo a 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
Ya Gao, Daisylyn Senna Tan, Mathias Girbig, Haoqing Hu, Xiaomin Zhou, Qianwen Xie, Shi Wing Yeung, Kin Shing Lee, Sik Yin Ho, Vlad Cojocaru, Jian Yan, Georg K. A. Hochberg, Alex de Mendoza, Ralf Jauch; "The emergence of Sox and POU transcription factors predates the origins of animal stem cells"; Nature Communications, Volume 15, 2024-11-14
Más noticias del departamento ciencias
Reciba la industria de las ciencias biológicas en su bandeja de entrada
No se pierda nada a partir de ahora: Nuestro boletín electrónico de biotecnología, productos farmacéuticos y ciencias de la vida le pone al día todos los martes y jueves. Las últimas noticias del sector, los productos más destacados y las innovaciones, de forma compacta y fácil de entender en su bandeja de entrada. Investigado por nosotros para que usted no tenga que hacerlo.
