Pueden brindar información para las terapias para la escoliosis congénita
Los científicos de Northwestern Medicine han descubierto nuevos detalles sobre cómo se forma la columna vertebral en los vertebrados en desarrollo.
Si bien se sabe que el desarrollo y la segmentación de la columna vertebral están controlados por oscilaciones en las proteínas y señales de comunicación intercelular, siguen siendo un misterio los mecanismos exactos que subyacen a la segmentación vertebral.
Los nuevos hallazgos ayudarán a los científicos a comprender mejor cómo se desarrolla la columna vertebral y pueden brindar información para las terapias para la escoliosis congénita, según Ertuğrul Özbudak, Profesor de Anatomía Robert Laughlin Rea y autor principal del estudio.
Investigaciones anteriores del laboratorio de Özbudak descubrieron que la segmentación de la columna vertebral involucraba dos conjuntos de actores moleculares: el primero funciona como un "reloj" que controla la frecuencia con la que se forman los somitas (precursores embrionarios de la columna vertebral). El segundo actúa como una especie de "cuchillo" molecular, que decide dónde colocar los límites entre los somitas.
"Descubrimos que estas dos vías moleculares son la clave para determinar cómo se especifican los límites y los números de los segmentos en los vertebrados", dijo Özbudak, quien también es profesor de Biología Celular y del Desarrollo.
En el estudio actual, los científicos analizaron cómo se forman las columnas vertebrales del pez cebra en un esfuerzo por comprender mejor cómo interactúan las diferentes vías.
En primer lugar, los investigadores realizaron ensayos de complementación de fluorescencia bimolecular para observar las interacciones de proteínas en embriones de vértebras en desarrollo. Descubrieron que las proteínas "reloj", Her1 y Her7, interactúan directamente con las proteínas fosfatasas Dusp4 y Dusp6.
Imagen derecha: El reloj de segmentación de vertebrados impulsa la segmentación al estabilizar las fosfatasas Dusp en el pez cebra
A continuación, los investigadores inhibieron la actividad fosfatasa de las proteínas Dusp y descubrieron que los niveles de la quinasa ERK fosforilada no oscilaban como se esperaba y que los somitas del pez cebra no formaban límites adecuados.
"En este estudio, hemos descubierto el vínculo molecular entre los factores de transcripción del reloj de segmentación y la quinasa ERK, que es el cuchillo molecular que controla la posición del límite del segmento", dijo Özbudak.
"Estos factores de transcripción tienen una novedosa función hasta ahora desapercibida: una función postraduccional. Interactúan físicamente con la clase Dusp de fosfatasas y durante esta interacción física, estabilizan esas fosfatasas y esas fosfatasas se desfosforilan y, por lo tanto, inhiben la actividad de la quinasa ERK".
Los hallazgos demuestran que las interacciones entre los dos conjuntos de proteínas establecen el modelo corporal fundamental de los vertebrados, dijo Özbudak. Los resultados del estudio también muestran que los dos conjuntos de actores moleculares pueden alterarse por medios farmacéuticos, lo que puede ser útil en el futuro a medida que los científicos desarrollen terapias para la escoliosis congénita.
"Cuanto más aprendamos sobre los eslabones moleculares faltantes en este proceso, mejor comprenderemos la causa y la etiología de los defectos de nacimiento", afirmó Özbudak.
En el futuro, Özbudak continuará estudiando las interacciones proteicas únicas que regulan el desarrollo de órganos y tejidos importantes.
"Estamos tratando de averiguar cómo interactúan estructuralmente estas moléculas entre sí", dijo Özbudak. "¿Qué efectos producen entre ellas cuando interactúan? ¿Hay otras que hasta ahora no habíamos detectado? Esas son las preguntas que seguiremos investigando".
El estudio se ha publicado en Developmental Cell: The vertebrate segmentation clock drives segmentation by stabilizing Dusp phosphatases in zebrafish
