Innovaciones en los tipos celulares y la señalización celular que subyacen al embarazo en los mamíferos
Un equipo internacional de investigación dirigido por científicos de la Universidad de Viena ha descubierto nuevos conocimientos sobre cómo evolucionaron a lo largo de millones de años los tipos de células especializadas y las redes de comunicación en la interfaz entre la madre y el feto. Estos descubrimientos arrojan luz sobre una de las innovaciones más notables de la naturaleza: la capacidad de mantener un embarazo exitoso.
El embarazo que dura lo suficiente como para permitir el desarrollo fetal completo es un avance evolutivo distintivo de los mamíferos placentarios, un grupo que incluye a los humanos. En el centro de todo esto se encuentra la interfaz materno-fetal: el sitio en el útero donde la placenta del bebé se une al útero de la madre, y donde dos organismos genéticamente distintos (madre y feto) están en contacto íntimo e interacción constante.
Esta interfaz debe lograr un delicado equilibrio: lo suficientemente íntima para intercambiar nutrientes y señales, pero lo suficientemente protegida para evitar que el sistema inmunológico materno rechace al feto genéticamente "extraño".
Para descubrir los orígenes y mecanismos detrás de esta intrincada estructura, el equipo analizó transcriptomas de células individuales (instantáneas de genes activos en células individuales) de seis especies de mamíferos que representan ramas clave del árbol evolutivo de los mamíferos.
Entre ellos se encontraban ratones y cobayas (roedores), macacos y humanos (primates), y dos mamíferos más inusuales: el tenrec (un mamífero placentario primitivo) y la zarigüeya (un marsupial que se separó de los mamíferos placentarios antes de que desarrollaran placentas complejas).
Imagen: La zarigüeya (un marsupial que se separó de los mamíferos placentarios antes de que estos desarrollaran placentas complejas). C: Daniel Stadtmauer
Un atlas celular del embarazo en mamíferos
Mediante el análisis de las células en la interfaz feto-materna, los investigadores pudieron rastrear el origen evolutivo y la diversificación de los tipos celulares clave involucrados. Su atención se centró en dos actores principales: las células de la placenta, que se originan en el feto e invaden el tejido materno, y las células del estroma uterino, que son de origen materno y responden a esta invasión.
Utilizando herramientas de biología molecular, el equipo identificó firmas genéticas distintivas: patrones de actividad génica exclusivos de tipos celulares específicos y sus funciones especializadas. Cabe destacar que descubrieron una firma genética asociada con el comportamiento invasivo de las células de la placenta fetal, que se ha conservado en mamíferos durante más de 100 millones de años.
Este hallazgo desafía la visión tradicional de que las células placentarias invasivas son exclusivas de los humanos y revela, en cambio, que son una característica profundamente conservada de la evolución de los mamíferos. Durante este tiempo, las células maternas tampoco permanecieron estáticas. Se descubrió que los mamíferos placentarios, pero no los marsupiales, habían adquirido nuevas formas de producción hormonal, un paso crucial hacia embarazos prolongados y gestaciones complejas, y una señal de que el feto y la madre podrían impulsar mutuamente su evolución.
Imagen derecha: Atlas transcriptómicos unicelulares de seis especies de mamíferos que abarcan la diversificación de la viviparidad. Crédito: Nature Ecology & Evolution (2025). DOI: 10.1038/s41559-025-02748-x
Diálogo celular: Entre la cooperación y el conflicto
Para comprender mejor cómo funciona la interfaz materno-fetal, el estudio puso a prueba dos influyentes teorías sobre la evolución de la comunicación celular entre la madre y el feto.
La primera, la "Hipótesis de Desambiguación", predice que a lo largo del tiempo evolutivo, las señales hormonales fueron claramente asignadas al feto o a la madre, una posible salvaguarda para asegurar la claridad y evitar la manipulación. Los resultados confirmaron esta idea: ciertas señales, incluidas las proteínas WNT, los moduladores inmunes y las hormonas esteroides, podían rastrearse claramente hasta un tejido fuente.
La segunda, la "hipótesis de Escalada" (o "conflicto genómico"), sugiere una carrera armamentista evolutiva entre los genes maternos y fetales: por ejemplo, el feto potencia las señales de crecimiento mientras que el lado materno intenta amortiguarlas. Este patrón se observó en un pequeño número de genes, en particular en el IGF2, que regula el crecimiento. En general, la evidencia apuntaba a una señalización cooperativa bien afinada.
"Estos hallazgos sugieren que la evolución puede haber favorecido una mayor coordinación entre madre y feto de lo que se suponía anteriormente", afirma Daniel J. Stadtmauer, autor principal del estudio y ahora investigador del Departamento de Biología Evolutiva de la Universidad de Viena.
La llamada lucha de poder entre madre y feto parece limitarse a regiones genéticas específicas. En lugar de preguntar si el embarazo en su conjunto es conflicto o cooperación, una pregunta más útil podría ser: ¿Dónde está el conflicto?
Imagen: Diagrama de flujo del diseño analítico. Después de la alineación del genoma, se analizaron matrices de códigos de barras de células características para anotar los tipos de células según cada especie, seguido de un análisis entre especies y una inferencia de interacción ligando-receptor.
Análisis unicelular: Clave para el descubrimiento evolutivo
Los descubrimientos del equipo fueron posibles gracias a la combinación de dos potentes herramientas: la transcriptómica unicelular —que captura la actividad de los genes en células individuales— y las técnicas de modelado evolutivo que ayudan a los científicos a reconstruir cómo podrían haber sido los rasgos en ancestros extintos hace mucho tiempo. Al aplicar estos métodos a los tipos de células y su actividad genética, los investigadores pudieron simular cómo se comunican las células en diferentes especies e incluso vislumbrar cómo ha evolucionado este diálogo a lo largo de millones de años.
"Nuestro enfoque abre una nueva ventana a la evolución de los sistemas biológicos complejos, desde células individuales hasta tejidos enteros", afirma Silvia Basanta, coautora principal e investigadora de la Universidad de Viena.
El estudio no sólo arroja luz sobre cómo evolucionó el embarazo, sino que también ofrece un nuevo marco para el seguimiento de las innovaciones evolutivas a nivel celular: conocimientos que algún día podrían mejorar la forma en que entendemos, diagnosticamos o tratamos las complicaciones relacionadas con el embarazo.
Los hallazgos se acaban de publicar en Nature Ecology & Evolution: Cell type and cell signalling innovations underlying mammalian pregnancy
