La homeostasis puede redefinir activamente la forma de un organismo
Nuestros cuerpos tienen una extraordinaria capacidad para adaptarse a entornos cambiantes. Por ejemplo, ya sea en medio del calor del verano o del frío del invierno, nuestra temperatura interna se mantiene estable en 37°C, gracias a un proceso llamado homeostasis. Este acto de equilibrio oculto es vital para la supervivencia, ya que permite a los animales mantener condiciones internas estables incluso cuando el mundo externo cambia.
Pero investigaciones recientes del Grupo Ikmi en EMBL Heidelberg muestran que la homeostasis puede extenderse más allá de la regulación interna y redefinir activamente la forma de un organismo.
La anémona de mar estrellada (Nematostella vectensis) posee notables capacidades regenerativas. Si le cortas la cabeza o el pie, simplemente le crece uno nuevo. Si la cortas por la mitad, cada trozo se convierte en una anémona completa y completamente funcional.
Mientras que algunos animales en regeneración, como las salamandras y los peces, se centran en restaurar las partes perdidas en proporción a lo que queda, esta anémona de mar adopta un enfoque diferente. Remodela todo su cuerpo para mantener la misma forma general, incluso si eso implica ajustar partes que no están lesionadas. Esta característica también se observa en platelmintos y otros animales con capacidades regenerativas de todo el cuerpo.
"La regeneración consiste en restaurar la función después de una pérdida o daño tisular", explicó Aissam Ikmi, líder del grupo en el EMBL y autor principal de un nuevo estudio. "La mayoría de los estudios de investigación consideran principalmente patrones y tamaños en la regeneración, pero nuestros hallazgos muestran que mantener la forma también es crucial, y es algo que el organismo controla activamente".
El descubrimiento comenzó cuando Stephanie Cheung, investigadora de doctorado del grupo de Ikmi, observó algo inusual. Cuando una anémona de mar sufrió una herida en el pie, Cheung observó no solo una división celular en el lugar de la herida, sino también una inesperada división celular en el extremo opuesto del cuerpo: la zona de la boca. Esto sugirió que la anémona estaba enviando señales a todo su cuerpo en respuesta a la lesión.
Imagen: Al utilizar cuatro diferentes colores para etiquetar genes específicos, los científicos pueden visualizar dónde está activo cada gen en el cuerpo de la anémona de mar, lo que les ayuda a comprender la organización corporal tanto en animales intactos como en regeneración. Crédito: Matthew Benton/EMBL
Para investigar esto, el equipo científico utilizó una técnica llamada transcriptómica espacial combinada con imágenes avanzadas. Esto les permitió ver qué genes estaban activos en diferentes partes del cuerpo de la anémona durante la regeneración. Lo que descubrieron fue sorprendente: la lesión desencadenó cambios moleculares tanto cerca como lejos de la herida. Las células se movieron y los tejidos se reorganizaron, remodelando efectivamente todo el cuerpo.
Curiosamente, el grado de remodelación del cuerpo dependía de la gravedad de la lesión. La pérdida de un pie provocó cambios leves, mientras que la anémona cortada por la mitad provocó una remodelación significativa.
El equipo identificó una familia de enzimas llamadas metaloproteasas que se volvían más activas a medida que se perdía más tejido. Estas enzimas no sólo actuaban en el lugar de la herida, sino que actuaban en todo el cuerpo y ayudaban a realinear los tejidos.
"Nunca antes se había demostrado actividad de metaloproteasa en animales como este", dijo Petrus Steenbergen, uno de los autores principales del estudio y técnico sénior de investigación del Grupo Ikmi.
"Tuve que diseñar y optimizar las condiciones experimentales para Nematostella basándome en la escasa literatura disponible sobre otras especies. Esto llevó algo de tiempo, pero los resultados finales fueron muy gratificantes".
Imagen: La proteólisis se correlaciona con las respuestas locales y sistémicas a las heridas. (A) Ilustración esquemática de estrategias de análisis alternativas de los cambios en la expresión genética durante la regeneración de la fisa, considerando una escala global (de todo el cuerpo) (B–D) o una escala local (E–H). Crédito: Developmental Cell (2024). DOI: 10.1016/j.devcel.2024.11.001
El gran avance se produjo cuando los investigadores se dieron cuenta de que todos estos cambios tenían como objetivo restaurar la forma original de la anémona. Al medir la relación de aspecto (la relación entre el largo y el ancho), descubrieron que la anémona había recuperado sus proporciones anteriores a la lesión. Así que, incluso si la anémona se hizo más pequeña después de una lesión, mantuvo la misma forma.
"Pudimos observar la coordinación de todo el cuerpo que impulsa esta remodelación", explicó Ikmi. "Esta respuesta proporcional permite que la anémona recupere su forma, lo que pone de relieve cómo organismos como Nematostella interpretan y responden a la pérdida de tejido de una manera que se ajusta al daño sufrido".
Esta investigación fue un esfuerzo colaborativo. El equipo de Rik Korswagen en el Instituto Hubrecht en los Países Bajos ayudó a implementar la transcriptómica espacial en la anémona de mar. El equipo de Oliver Stegle en el EMBL Heidelberg y el Centro Alemán de Investigación del Cáncer (DKFZ) aportó su experiencia en bioinformática y los métodos estadísticos necesarios para tratar los datos de expresión genética espacial.
Imagen derecha: Coordinación sistémica de la remodelación tisular de todo el cuerpo durante la regeneración local en anémonas de mar
"Fue un placer descifrar los resultados del estudio en conjunto, uniendo la experiencia del equipo en análisis de datos y biología celular", dijo Tobias Gerber, otro de los autores principales del estudio. "Este trabajo fue un verdadero viaje colaborativo y me alegro de haber sido parte de él".
De cara al futuro, Ikmi y su equipo están entusiasmados por explorar nuevas preguntas. "La siguiente gran pregunta es por qué es tan importante mantener la forma", dijo Ikmi. "¿Y cómo percibe el organismo su propia forma? ¿Cómo sabe qué aspecto tiene en ese momento?".
Con la extraordinaria anémona de mar estrellada como modelo, están ansiosos por descubrir más secretos sobre cómo los organismos se curan y mantienen el equilibrio.
El estudio se ha publicado en la revista Developmental Cell: Systemic coordination of whole-body tissue remodeling during local regeneration in sea anemones
