¿Cómo saben las células de un embrión humano en qué parte del cuerpo se encuentran y la forma en que deben desarrollarse? ¿Por qué forman ciertas células un dedo, mientras que otras no lo hacen?
Biólogos de la Universidad de Friburgo (Alemania) han explicado los mecanismos que controlan estos pasos, mostrando por qué se forman venas en puntos particulares del ala de una mosca de la fruta. La proteína Pentagone propaga una señal en particular en el ala que le dice a las células cómo comportarse.
«Las proteínas Dpp y Pentagone, que son cruciales para esta etapa del desarrollo del organismo de la Drosophila melanogaster, también están presentes en una forma similar en los seres humanos», dice el biólogo Giorgos Pyrowolakis, en la nota de prensa de la universidad. «Los principios fundamentales dilucidados en este estudio están también activos en los seres humanos, en los que puede que controlen cosas como que las células formen los dedos.»
Pyrowolakis y un equipo que incluye a Jennifer Gawlik, Mark Norman, Alexander Springhorn y Robin Vuilleumier, publican sus hallazgos en la revista eLife. En el futuro, los resultados podrían contribuir a nuestra comprensión del origen de los trastornos del desarrollo.
La proteína Dpp se encuentra en diversas concentraciones en el campo celular. Las células situadas en el centro de la futura ala producen Dpp. La proteína se extiende al resto de las células del tejido, perdiendo concentración en el proceso. En términos matemáticos, este fenómeno se conoce como gradiente de concentración.
Una célula activa genes diferentes dependiendo de dónde se encuentra en el gradiente. Cada célula se desarrolla según lo especificado por los genes activados en ella, y las venas se desarrollan cuando se han alcanzado ciertos umbrales. Por lo tanto, el gradiente determina la distancia entre las venas del ala de la mosca de la fruta.
Las células situadas más lejos de la fuente de Dpp producen Pentagone. Sin esta proteína, no habría ningún gradiente de concentración en la red celular y Dpp se habría quedado en el punto de su producción. Si el gen para Pentagone se desconecta en las moscas de la fruta, las alas de los insectos son más pequeñas y la vena externa no aparece. «Pentagone hace que Dpp mantenga su difusión», explica Pyrowolakis, «extendiendo así el rango de distribución de la proteína.»
Mecanismos
Los biólogos de Friburgo dilucidaron en su estudio los mecanismos moleculares que hay detrás de estos procesos.
Dpp se une a los receptores situados en la superficie de la célula de la futura ala e inicia una cascada de señales en la célula. La cascada de señales activa diferentes genes dependiendo del número de receptores unidos a Dpp.
Pentagone se une a una parte concreta de los receptores, los llamados co-receptores. Funcionan como tentáculos, «agarrando» proteínas y pasándolas al receptor.
Pentagone hace que los co-receptores sean empujados a la célula, donde son divididos. Esto reduce la cantidad de co-receptores que se pueden unir y transmitir Dpp en la célula, haciendo que los receptores sean menos activos.
El gradiente de concentración de Pentagone es opuesto al de Dpp. Cuanto más cerca se encuentra una célula al punto donde se produce Pentagone, menos Dpp puede unirse.
La cantidad de Pentagone se ajusta para que coincida con la de Dpp. «Cuando el ala crece, el gradiente de Dpp también se expande,» dice Pyrowolakis. «Pentagone regula el gradiente de una manera similar a cómo un termostato ajusta la temperatura.»
Referencia bibliográfica:
Mark Norman, Robin Vuilleumier, Alexander Springhorn, Jennifer Gawlik, Giorgos Pyrowolakis: Pentagone internalises glypicans to fine-tune multiple signalling pathways. eLife (2016). DOI: 10.7554/eLife.13301.