21 de febrero de 2019

Investigadores establecen el plano molecular del desarrollo embrionario temprano

Investigadores establecen el plano molecular del desarrollo embrionario temprano
WELLCOME-MRC CAMBRIDGE STEM CELL INSTITUTE

MADRID, 21 Feb. (EUROPA PRESS) -

Un equipo de biólogos, físicos y modeladores matemáticos en la Universidad de Cambridge, en Reino Unido, ha estudiado la actividad genética de más de 100.000 células embrionarias para establecer el plan molecular del desarrollo temprano de embriones en ratones. Esta nueva investigación proporciona información fundamentalmente importante sobre cómo se desarrollan los embriones de los mamíferos durante la gastrulación, una etapa clave del desarrollo, y allana el camino para entender mejor las etapas más tempranas de la vida.

El biólogo Lewis Wolpert explica que "el momento más importante en la vida no es el nacimiento, el matrimonio o la muerte, sino que es realmente la gastrulación". La gastrulación representa el proceso en el desarrollo animal (y humano) mediante el cual las células precursoras en el embrión se programan genéticamente para generar todos los diferentes órganos del cuerpo, incluidos el cerebro, el corazón, los pulmones, el intestino y los músculos. La gastrulación es un paso de importancia crítica en el desarrollo de embriones, sin embargo, la comprensión detallada de este proceso a nivel molecular, hasta ahora, ha sido limitada.

En un estudio publicado en 'Nature', los científicos de Cambridge han generado el primer mapa molecular completo de la gastrulación en mamíferos. Midiendo la actividad genética en 116.312 células individuales dentro del embrión de ratón de entre 6,5 y 8,5 días después de la fertilización, los investigadores han establecido el plan molecular para el desarrollo embrionario de los mamíferos.

Los autores de este trabajo utilizaron la tecnología de una sola célula de vanguardia para medir qué genes se activan en el embrión del ratón en una serie de puntos temporales secuenciales. Comenzando con solo un pequeño número de tipos celulares distintos detectados al comienzo de la gastrulación, las células se ramifican en más de 30 tipos celulares diferentes con diferentes perfiles genéticos, todo dentro de un periodo de tiempo de solo 48 horas.

ILUSTRADAS LAS TRAYECTORIAS DEL DESARROLLO CELULAR

Los análisis computacionales permitieron a los científicos generar "mapas interactivos" donde cada célula está representada por un punto, y las células con perfiles moleculares similares se colocan cerca unas de otras. Estos nuevos mapas, que están disponibles gratuitamente en Internet para el uso de otros investigadores, ilustran las trayectorias del desarrollo celular de un tipo celular al siguiente, y muestran los procesos genéticos precisos que permiten que todas las células y órganos del cuerpo se desarrollen a partir de sus orígenes embrionarios tempranos.

"Nuestro nuevo mapa proporciona un modelo molecular para delinear cómo avanza el desarrollo embrionario en condiciones normales. Nos permite ver qué diferentes conjuntos de genes se activan cuando las células embrionarias no especificadas proliferan y se diversifican en todos los tipos de células específicas en todo el cuerpo" dic3 el profesor Bertie Göttgens, investgigador en el grupo del 'Wellcome-MRC Cambridge Stem Cell Institute'. "El mapa también es un punto de referencia inestimable para entender cómo pueden interrumpir las mutaciones genéticas el crecimiento embrionario y causar trastornos y enfermedades del desarrollo", añade.

Los investigadores probaron el nuevo mapa molecular investigando Tal1, un gen que es esencial para el desarrollo normal de la sangre, pero si se activa en las células equivocadas, puede causar leucemia. Al comparar el atlas de referencia con más de 10.000 células mutantes Tal1, los investigadores pudieron descifrar las consecuencias de la mutación genética Tal1.

"Para investigar el papel de Tal1 en el desarrollo de la sangre, mezclamos células madre embrionarias que llevan el gen Tal1 mutado con embriones muy tempranos para hacer quimeras", explica la profesora Jenny Nichols, líder del grupo en el Instituto de Células Madre Wellcome-MRC de Cambridge. "Debido a que estas quimeras aún podían producir sangre a partir de sus células normales, pudimos estudiar las células mutantes en su contexto biológico adecuado", agrega.

El doctor John Marioni, líder del grupo en el Instituto Europeo de Bioinformática de EMBL (EMBL-EBI) y el Instituto Investigación del Cáncer de Cambridge, dice: "Al comparar nuestros datos experimentales con los datos recopilados dentro del mapa molecular, pudimos descifrar exactamente lo que estaba sucediendo dentro de las células con genes Tal1 mutantes. Podríamos ver que las células mutantes no se estaban simplemente atascando, o decidiendo convertirse en un tipo de célula diferente, sino que las células comenzaron a expresar una amplia gama de genes diferentes, como si estuvieran confundidas sobre en qué tipo de células deberían madurar".

Investigar las bases genéticas del desarrollo de la sangre es solo una de las formas en las que podría usarse el nuevo mapa molecular para comprender los procesos normales y de enfermedad. La extensa naturaleza del mapa, que contiene información molecular sobre todos los tipos de células en desarrollo en el embrión, permitirá a otros científicos entender más a fondo cómo se desarrolla una amplia gama de órganos. Esto, a su vez, permitirá a los científicos desarrollar nuevos protocolos para la producción de células auténticas.

"Al juntar este 'mapa molecular' de cómo se desarrollan las células en un embrión de ratón, los investigadores han creado un recurso importante y útil para la comunidad de investigación. La ciencia es un esfuerzo de colaboración y este equipo de biólogos, físicos y matemáticos ha podido obtener una nueva comprensión de la gastrulación, un proceso fundamental en el desarrollo que genera las tres capas celulares que dan origen a todos los órganos del cuerpo", subraya Sheny Chen, del equipo de Ciencias Celulares y del Desarrollo de Wellcome.