¿Cómo es que las células llevan el tiempo?

 ¿Cómo es que las células llevan el tiempo?
¿Cómo es que las células llevan el tiempo?

Una nueva forma de visualizar la actividad en una sola célula de embriones de pez cebra vivos, ha permitido a los científicos aclarar cómo es que las células se alinean en el lugar correcto, y en el momento adecuado, para recibir señales sobre la próxima fase de su vida.

En circunstancias normales en embriones de pez cebra, las células oscilan en sincronía con sus vecinas, mientras se preparan para formar segmentos que más tarde se convierten en los músculos y las vértebras.

Cuando se utiliza un mapa de colores (esquina superior izquierda) para indicar la fase de oscilación de cada célula en cualquier instante, en el que los colores fríos representan el pico de la onda de activación de genes, y los colores cálidos, los niveles más bajos de activación, es evidente en la imagen superior, que las células vecinas se encuentran en una fase similar, o en una transición sin problemas a la fase siguiente.

Sin embargo, en los embriones que carecen de un sistema de mensajería llamado señalización de Notch, se pierde la sincronía.

En el mapa inferior, las células en los embriones mutantes que carecen de la señal de Notch están oscilando, pero la variedad aleatoria de colores, sin transiciones suaves, muestra que la señalización de Notch es necesaria para sincronizar las oscilaciones en las células vecinas. Imágenes cortesía de la Universidad Estatal de Ohio.

Los científicos desarrollaron la herramienta de imagenología en células vivas individuales, mediante la fusión de una proteína que define el comportamiento cíclico de las células, con una proteína amarilla fluorescente que permite la visualización.

Los embriones de pez cebra son transparentes, pero con esta observación microscópica en las primeras etapas de la vida, los investigadores han respondido dos antiguas preguntas sobre cómo las células cooperan para formar segmentos de embriones, que posteriormente se convierten en los músculos y las vértebras.

Aunque estos científicos están estudiando el “reloj” molecular, que define el momento de la segmentación embrionaria, los hallazgos aumentan la comprensión de los comportamientos cíclicos en todos los tipos de células en muchas etapas del desarrollo – incluyendo células defectuosas que causan cáncer y otras enfermedades.

La comprensión de cómo manipular estos relojes, o las señales que los controlan, podría conducir a nuevas formas de tratar ciertas enfermedades humanas, según los investigadores.

En el proceso de formación del tejido segmentado, las células embrionarias pasan por ciclos de oscilación, de altas y bajas en la recepción de las señales, y la activación de genes por los grupos de células debe permanecer sincronizada para que los segmentos se formen correctamente.

Uno de los pocos sistemas de mensajería de gran alcance en todos los vertebrados se denomina la vía de señalización de Notch, y su papel exacto en la oscilación y la sincronización ha sido un misterio hasta ahora.

En este estudio, los investigadores confirmaron que las células deben recibir la señal de Notch para mantener la sincronización con las células cercanas y formar segmentos que se convertirán en tejidos, pero las células pueden activar sus genes en patrones de oscilación, con o sin la señal.

“Por primera vez, lo hemos descubierto”, dijo Sharon Amacher, profesora de genética molecular de la Universidad Estatal de Ohio y autora principal del estudio.

“Esto nos da información de que las células con la señalización de Notch deshabilitada pueden oscilar muy bien, pero lo que no pueden hacer es sincronizarse con sus vecinas”.

La imagenología también ha permitido a Amacher y sus colegas determinar que la división celular, llamada mitosis, no es un evento al azar como se creía.

En cambio, la división tiende a ocurrir cuando las células vecinas están en un punto bajo de activación de genes para la recepción de la señal – lo que sugiere que la mitosis no es tan “ruidosa”, o potencialmente perjudicial, como se había supuesto.

El trabajo de Amacher se centra en la creación de estos segmentos de tejido, llamados somitas, en el mesodermo de embriones de pez cebra.

Se trata de una región que da lugar a las vértebras y los músculos en todos los vertebrados, incluidos los seres humanos.

“Este proceso de segmentación precoz es realmente importante para modelar una gran cantidad de eventos posteriores en el desarrollo – la formación del sistema nervioso y la vascularización, dependen de este reloj para que el desarrollo temprano suceda adecuadamente”, dijo Amacher.

A diferencia del muy conocido reloj circadiano de 24 horas, sin embargo, las actividades de las células en las primeras etapas del desarrollo pueden ocurrir en cuestión de minutos – lo que hace que sus relojes sean muy difíciles de estudiar.

La imagenología de Amacher puso de manifiesto que, de hecho, la señalización de Notch se requiere sólo para mantener la sincronización, pero no para iniciar el reloj oscilante.

Ella y sus colegas probaron esta idea mediante la combinación de la técnica de imagenología con tres tipos de células mutantes con la señales de Notch deshabilitadas.

Las células en los tres tipos mutantes podían oscilar, pero no de una manera sincronizada, lo que explica por qué no pudieron formar segmentos en la forma en que lo hacen las células que reciben la señal de Notch.

Los defectos en la señalización de Notch se asocian con enfermedades congénitas del desarrollo humano, caracterizadas por malformaciones de las costillas y las vértebras, lo que sugiere que este trabajo ofrece una visión de las posibles terapias para prevenir estos defectos.

El estudio ha sido publicado en la edición de noviembre de la revista Developmental Cell.

Fuente: Ohio State University  http://cienciaaldia.com/
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