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Investigadores descubren una notable vía de desarrollo

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Investigadores del HHMI han descubierto una importante vía reguladora que permite que embriones de rana se desarrollen normalmente incluso después de haber sido cortados por la mitad como sucede en el desarrollo de gemelos idénticos.

Unos investigadores del Instituto Médico Howard Hughes han descubierto una importante vía reguladora que permite que embriones de rana se desarrollen normalmente incluso después de haber sido cortados por la mitad -como sucede en el desarrollo de gemelos idénticos-.

Los investigadores dijeron que sus resultados sugieren que los trabajos orientados a utilizar las células troncales embrionarias de forma terapéutica, para regenerar el tejido dañado o enfermo, podrían tener que superar mecanismos autorreguladores similares que están presentes en las células troncales. Tales mecanismos podrían, de lo contrario, impulsar a las células troncales a intentar diferenciarse en embriones con muchos tipos de células, en lugar de restringirse a un solo tipo deseado de tejido.

Los investigadores, el estudiante de doctorado Bruno Reversade y el investigador del HHMI Edward M. De Robertis, ambos en la Universidad de California en Los ”ngeles, publicaron sus resultados en el número del 16 de diciembre de 2005, de la revista Cell .

Los experimentos fueron concebidos en un intento por aprender más sobre los mecanismos que subyacen al establecimiento de un campo morfogenético. Este campo consiste en un gradiente de proteínas reguladoras que ayuda a organizar la diferenciación de las células embrionarias y le da al organismo su forma global. Aunque los investigadores sabían que los campos morfogenéticos eran responsables de la notable plasticidad del embrión, se comprendía muy poco sobre la forma en la que funcionan a nivel molecular, dijo De Robertis.

Para sus estudios, Reversade y De Robertis utilizaron embriones tempranos de la rana africana Xenopus . Los embriones de Xenopus , que son ampliamente utilizados en estudios embriológicos, son fáciles de crecer y pueden ser manipulados con técnicas de trasplante de tejido. Los investigadores estudiaron embriones de Xenopus en la etapa de blástula, que se asemeja a una esfera hueca formada por unos miles de células.

Los científicos buscaban comprender más el papel regulador de una familia de proteínas llamadas proteínas morfogenéticas óseas (BMPs, por sus siglas en inglés). Se sabe que ciertas BMPs son reguladores claves del patrón dorsoventral (espalda a vientre) de los embriones. En tal patrón, las células dorsales se diferencian en células nerviosas y las células ventrales se convierten en células epidérmicas.

“A pesar de que se sabe que las BMPs son importantes en este sistema, nunca había sido posible, por ejemplo, convertir un embrión totalmente en células cerebrales, o destruir este sistema morfogenético”, dijo De Robertis. “El embrión siempre intenta autorregularse y recuperarse”.

En sus experimentos, los investigadores partieron embriones de Xenopus en mitades dorsales y ventrales y utilizaron técnicas que les permitieron inhibir la señalización de BMP selectivamente en los embriones partidos por la mitad. Entonces observaron qué efectos tenían sus manipulaciones en el desarrollo embrionario.

A pesar de que estos experimentos revelaron que la mitad ventral del embrión requería de BMPs específicas, “fue bastante sorprendente ver que la parte dorsal del embrión se desarrollaba de forma bastante normal”, dijo De Robertis. La siguiente serie de experimentos de los investigadores reveló que el desarrollo dorsal requería de otro miembro de la familia BMP, llamado proteína morfogenética antidorsal (ADMP, por sus siglas en inglés).

Sus estudios revelaron que los dos tipos de proteínas de las dos mitades del embrión estaban reguladas de un modo “vaivén”. Por ejemplo, cuando los investigadores disminuían los niveles de señalización de BMP, los niveles de ADMP aumentaban y viceversa. Tal habilidad compensatoria es una clave para la autorregulación del embrión, dijo De Robertis.

Para su sorpresa, sin embargo, cuando inhibieron la actividad de todos los reguladores relevantes -BMP2, 4 y 7 y ADMP- la superficie entera del embrión se convirtió en tejido nervioso. “Ésta es una transformación importante de un tipo que casi nunca se observa en embriones”, dijo De Robertis. “Nos dijo que las BMPs desempeñan un papel crucial en el establecimiento de un campo morfogenético autorregulador del patrón dorsoventral”. Además, los investigadores identificaron muchas otras moléculas reguladoras que “ajustan bien” el campo morfogenético al inhibir selectivamente a las BMPs.

Uno de los resultados más dramáticos se obtuvo de experimentos en los cuales los científicos injertaron material de fuentes de BMP ya sean dorsales o ventrales en embriones a los que se les había quitado BMP. El injerto restauró la formación normal de los embriones.

“Pensamos que este descubrimiento es importante para mostrar que el embrión probablemente esté modelado por dos gradientes de BMP -uno del lado dorsal y uno del ventral-”, dijo De Robertis. “La clave para hacer un bebé perfecto cada vez, nos dicen estos experimentos, yace en la capacidad de tener un gradiente doble que asegure un sistema de desarrollo robusto que produzca la misma estructura todas las veces”, dijo.

Según De Robertis, el descubrimiento de tales sistemas autorreguladores podría tener implicaciones importantes para los estudios que utilicen células troncales para rejuvenecer tejidos perdidos por enfermedades o traumas.

“Cuando se intenta diferenciar células troncales in vitro , se tiende a obtener una mezcla compleja de distintos tipos de células”, dijo. “Pensamos que sucede esto porque las células están intentando autorregularse para fabricar un embrión. Y de la misma forma que el sistema de BMP se autorregula de modo vaivén, otros sistemas de señalización de factor de crecimiento de células troncales podrían ser autoajustables”. Por lo tanto, los investigadores de células troncales podrían tener que anular los sistemas autorreguladores, al igual que lo hicieron De Robertis y Reversade con el sistema BMP, para inducir a las células troncales a que produzcan tejidos específicos.

De Robertis y sus colegas planean explorar la forma en la que otras vías reguladoras del desarrollo podrían integrarse con las BMPs. Dijo que el objetivo final de tales estudios es la comprensión de la maquinaria intrincada de señalización celular como un “circuito molecular integrado” que gobierna el desarrollo embrionario.

Scientist Profile

Investigator
University of California, Los Angeles
Cell Biology, Developmental Biology

For More Information

Jim Keeley
[ 301-215-8858 ]