El retorno de las células a un estado similar al de las células madre podría ser clave
Muchos organismos vivos son capaces de regenerar tejido dañado o perdido, pero no se comprende del todo por qué algunos son particularmente buenos en esto y otros no.
Los biólogos moleculares Alexander Stockinger, Leonie Adelmann y Florian Raible del Laboratorio Max Perutz de la Universidad de Viena han hecho una importante contribución para aclarar esta cuestión en un nuevo estudio.
En él explican el mecanismo molecular de la regeneración en gusanos marinos y crean así una mejor comprensión de la capacidad natural de reprogramación de las células.
La capacidad de regeneración, desde tipos de células individuales hasta órganos enteros o tejidos complejos, es de importancia crucial para todas las especies vivas. El cuerpo humano también se regenera. En pocas palabras, las células muertas son reemplazadas por otras nuevas. En los humanos, esto sucede en la mucosa intestinal o en el hígado.
Sin embargo, otras criaturas tienen capacidades regenerativas mucho más fuertes. Los anélidos como Platynereis dumerilii pueden regenerar partes enteras de su cuerpo posterior después de una lesión. Los mecanismos moleculares que controlan este proceso eran poco conocidos hasta ahora.
El nuevo estudio dirigido por el biólogo molecular Raible no sólo permite comprender mejor la biología en general, sino también la capacidad natural de reprogramación de las células.
El crecimiento de nuevos segmentos (partes del cuerpo) en los gusanos marinos está controlado por una zona de crecimiento especial, en la que se encuentran células madre especiales. Luego, los nuevos segmentos surgen por la división de estas células. Pero ¿Qué sucede si esta zona de crecimiento especial se pierde debido a una lesión?
Imagen: Poco después de la amputación del extremo posterior, las células epiteliales especializadas comienzan a recuperar su estado de células madre (en rojo). Los segmentos faltantes se vuelven a crear con la ayuda de la zona de crecimiento recién formada. Crédito: Leonie Adelmann, Universidad de Viena
En su nuevo estudio, los primeros autores Stockinger y Adelmann, junto con el equipo del laboratorio de Raible, muestran qué mecanismos moleculares se pueden utilizar para renovar una zona de crecimiento perdida para que los gusanos marinos puedan volver a formar nuevos segmentos.
Lo que hace especial a Platynereis dumerilii es que, a diferencia de otras especies, la regeneración en los gusanos marinos no depende de las células madre existentes, sino que las células diferenciadas experimentan lo que se conoce como desdiferenciación después de la eliminación de la zona de crecimiento.
"Esto significa que estas células comienzan a volver a un estado similar al de las células madre en apenas unas horas para construir una nueva zona de crecimiento lo más rápidamente posible", explica Adelmann, uno de los dos autores principales del estudio.
Los investigadores también descubrieron que la expresión genética en estas células madre recién formadas en realidad difiere de la de sus células precursoras. "Es interesante que los factores relacionados con los factores de transcripción Myc y Sox2, que también se utilizan en la medicina moderna para producir células madre a partir de células humanas diferenciadas, también desempeñen un papel aquí", afirma Stockinger, el otro primer autor del estudio.
Imagen: La visualización de transcripciones específicas (verde, magenta) confirmó la identificación de diferentes poblaciones de células madre que proliferan en colas de gusanos en regeneración (cian). Crédito: Leonie Adelmann
"El concepto de desdiferenciación fue propuesto hace más de 60 años, pero los investigadores de la época carecían de las herramientas para probar esta idea. Ahora hemos desarrollado herramientas que permiten comprender la desdiferenciación a nivel molecular y compararla con la denominada 'reprogramación' de las células en la medicina moderna. Esto crea una base sólida para futuros estudios", resume Raible, jefe del grupo de trabajo de la Universidad de Viena.
Una de las estrategias especiales de los científicos fue investigar los estados celulares utilizando el nuevo método de secuenciación de ARN de células individuales. Esta técnica proporcionó un nuevo tipo de conjunto de datos para investigar la regeneración de tejidos.
"La transcriptómica de células individuales nos permite identificar tipos de células y sus estados y mostrar cómo responden a la pérdida de partes del cuerpo a nivel individual. En nuestro estudio, también combinamos esta técnica con datos de colegas franceses que utilizaron el marcado fluorescente de células para ayudar a revelar qué tejidos surgen en última instancia de ciertas células madre", explica Stockinger.
"Descubrimos al menos dos poblaciones diferentes de células madre: una que regenera tejidos como la epidermis y las neuronas, y otra que forma músculos y tejido conectivo", dice Adelmann.
El estudio acaba de publicarse en la revista Nature Communications: Molecular profiles, sources and lineage restrictions of stem cells in an annelid regeneration model
