Mucho antes de lo que algunos creen
Por primera vez en un embrión vivo, investigadores de Argentina y Singapur lograron hacer un seguimiento de los cambios que le ocurren a nivel molecular. Demostraron que sus células comienzan a ser diferentes muy tempranamente y predijeron el destino futuro de las mismas. El trabajo, efectuado con ratones, se publicó en la prestigiosa revista Cell y aporta a un largo debate científico.
Imagen de un embrión obtenida a partir de una técnica avanzada de microscopía de fluorescencia. En verde se marcan el núcleo y la membrana de las celulas que componen el embrión. Cortesía Valeria Levi.
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Cuando un espermatozoide fecunda a un óvulo, la célula resultante -el cigoto- comienza a dividirse dando lugar a un embrión de dos células -hijas del cigoto-, que a su vez se dividirán para dar lugar a un embrión de cuatro células, que luego serán ocho, después 16, más tarde 32, y así seguirá creciendo.
Aunque esta sincronía en la duplicación se va perdiendo paulatinamente. Porque, a medida que el embrión crece, sus células se van diferenciando. Cada vez son más distintas entre sí y sus tiempos de división difieren.
El proceso de diferenciación celular es el que posibilita que esas primeras células embrionarias finalmente den lugar a los diferentes órganos y tejidos del cuerpo.
Numerosos grupos de investigación de todo el mundo están abocados desde hace décadas a estudiar este fenómeno, cuya comprensión permitiría importantes avances en varios campos de la salud como, por ejemplo, el de la fertilización in vitro o el de la medicina regenerativa.
Las investigaciones están dirigidas a determinar en qué momento del desarrollo embrionario las células empiezan a ser diferentes entre sí, y de qué manera este proceso va determinando el destino que tendrán las células hijas (por ejemplo, si formarán parte del feto o de la placenta).
Para responder a estas preguntas, hasta el momento la comunidad científica se debate entre dos modelos. Por un lado, quienes creen que la diferenciación -y por lo tanto el destino- de las células del embrión de los mamíferos es impredecible hasta el momento en que se produce la división de 16 a 32. Por otro lado, quienes postulan que este proceso comenzaría mucho antes. Que aunque en el embrión temprano las células se ven morfológicamente idénticas, en su interior estarían produciéndose cambios moleculares que determinarían su destino.
El problema es que ambas hipótesis están sostenidas por investigaciones efectuadas en embriones cuyo crecimiento debió ser detenido al momento del estudio. En otras palabras, hasta el momento se sacaron conclusiones a partir de “fotos” de las diferentes etapas del desarrollo embrionario.
Ahora, se consiguió hacer una “película” que muestra lo que le ocurre a cada una de las células embrionarias a nivel molecular, desde la división inicial del cigoto hasta que el embrión posee 16 células. Para ello, era necesario mantener vivo al embrión mientras se estudia lo que ocurre en el interior de sus células.
El logro pertenece a un equipo de científicos de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA (Exactas UBA) y del Instituto de Biología Molecular y Celular de Singapur.
“Pudimos determinar que cuando el embrión tiene solamente cuatro células ya existen diferencias entre ellas”, revela Valeria Levi, investigadora del CONICET en el Instituto de Química Biológica de Exactas UBA. “También pudimos establecer el destino de cada una de esas cuatro células en etapas posteriores de la diferenciación celular”, afirma la científica, repatriada en el año 2006 mediante el Programa RAICES.
El estudio fue realizado con embriones de ratón (que son muy parecidos a los humanos) y los resultados se publicaron en la prestigiosa revista científica Cell.
Molécula clave
Las investigaciones sobre el proceso de diferenciación celular demuestran que en las primeras etapas del desarrollo embrionario hay ciertas proteínas involucradas. Son moléculas que se unen al ADN y regulan la expresión de algunos genes. Es decir, definen si un determinado gen se activará o no.
Valeria Levi. Foto: Archivo Exactas Comunicación.
Desde hace poco más de una década, se sabe que una de esas proteínas, denominada Sox2, influye en el destino de la célula embrionaria. Pero lo que hasta ahora no se había podido establecer es en qué momento del desarrollo del embrión comienza a ejercer su influencia.
Para averiguarlo, era necesario usar una metodología que permitiera estudiar cómo se mueve dicha molécula dentro del núcleo celular. En consecuencia, había que mantener vivo al embrión.
“Mediante una técnica avanzada de microscopía de fluorescencia pudimos determinar in vivo si Sox2 se une efectivamente al ADN”, explica Levi, y detalla: “Cuando el embrión tiene dos células, no detectamos diferencias entre ellas en cuanto a la cantidad de Sox2 que se une al ADN. Pero descubrimos que cuando el embrión tiene cuatro células hay dos de ellas que tienen más Sox2 unido al ADN”.
La técnica utilizada permitió continuar este análisis durante etapas posteriores del desarrollo embrionario y, así, determinar el destino de las hijas de esas células: “Cuando hicimos un seguimiento de la progenie de las dos células que habían unido más Sox2 al ADN, vimos que, cuando el embrión tiene 16 células, éstas se sitúan en el lugar que dará origen al feto”, señala.
Además de Levi, el trabajo publicado en Cell lleva la firma de Juan Angiolini, Yanina Álvarez, Esteban Mocskos y Luciana Bruno, todos de Exactas UBA. Y de Melanie White, Gurpreet Kaur, Ziqing Zhao, Stephanie Bissiere y Nicolas Plachta, del Instituto de Biología Molecular y Celular de Singapur.
“Creo que gran parte de este logro se debe a la diferente formación de quienes participaron. Porque los autores provienen de la Biología, la Física, la Química y la Computación”, resalta Levi.
Hormigas iluminadas
Uno de los aspectos más originales del trabajo es la metodología empleada, que es lo que posibilitó mantener vivos a los embriones durante su estudio.
Es una técnica de microscopía denominada “espectroscopía de correlación de fluorescencia” la cual, mediante un láser, puede iluminar una porción infinitesimal de una célula y, en ese volumen mínimo, revelar la presencia de una sustancia fluorescente.
En este caso, el laser fue dirigido a un sector del núcleo –que es donde está el ADN- y dado que Sox2 no es fluorescente, se lo unió químicamente a una molécula llamada GFP, que sí tiene la capacidad de fluorescer.
De esta manera, cada vez que el complejo Sox2–GFP atraviesa el volumen iluminado por el láser, el dispositivo emite un pulso, cuya duración está directamente relacionada con el tiempo que Sox2-GFP permanece en la zona alumbrada por el haz de luz.
Así, los investigadores pueden medir si Sox2 se une al ADN. Porque, en ese caso, permanecerá más tiempo en un lugar.
Valeria Levi hace una analogía para explicar el experimento: Imaginemos una pared (el núcleo celular) por la que caminan hormigas (Sox2-GFP) en una habitación completamente a oscuras. Si iluminamos la pared con una linterna (el láser), solo veremos las hormigas que caminan por el círculo iluminado, por donde “aparecerán y desaparecerán”, moviéndose a una determinada velocidad. Pero imaginemos ahora que en el área iluminada ponemos azúcar (ADN), es probable que ahora las hormigas permanezcan más tiempo en ese lugar.
