Investigadores descubren cómo las células 'saben' su futuro y 'olvidan' su pasado

Todas las células madre comparten el potencial de convertirse en cualquier célula específica en el cuerpo. Por lo tanto, muchos investigadores están tratando de responder a las preguntas fundamentales de qué determina el destino del desarrollo de las células, así como cuándo y por qué las células pierden ese potencial.

Durante 30 años, el dogma ha sido que los factores de transcripción son los motores de la expresión génica, desencadenando estos cambios al activar y desactivar los genes. Sin embargo, esta nueva investigación revela algo muy diferente. Todas las células madre comparten el potencial de convertirse en cualquier célula específica en el cuerpo. Por lo tanto, muchos investigadores están tratando de responder a las preguntas fundamentales de qué determina el destino del desarrollo de las células, así como cuándo y por qué las células pierden el potencial de desarrollarse en cualquier célula.

"Anteriormente pensábamos que los factores de transcripción impulsan el proceso que determina si un gen se expresa y posteriormente se traduce a la proteína correspondiente. Nuestros nuevos resultados muestran que los factores de transcripción pueden ser más análogos a ser la memoria de la célula. Mientras los factores de transcripción estén conectados a un gen, el gen puede ser leído (activado), pero las señales externas recibidas por las células parecen determinar si el gen está activado o desactivado. Tan pronto como los factores de transcripción desaparecen, las células ya no pueden volver a su punto de origen", explica uno de los autores, Josh Brickman.

La pregunta de cómo se desarrolla lentamente una célula de un estado a otro es clave para comprender el comportamiento celular en organismos multicelulares. Los investigadores de células madre consideran que esto es vital, razón por la cual están constantemente tratando de refinar las técnicas para desarrollar las células más básicas del cuerpo humano en varios tipos específicos de células que pueden ser utilizadas, por ejemplo, para regenerar el tejido dañado. Hasta ahora, sin embargo, la investigación de las señales necesarias para hacer que las células cambien de identidad ha sido extremadamente difícil, ya que hacer que todas las células de un plato de laboratorio hagan lo mismo al mismo tiempo es muy difícil.

Los investigadores desarrollaron un modelo de células madre para imitar la respuesta de una célula a la señalización y lo usaron, por primera vez, para determinar con precisión la secuencia de los eventos involucrados en un gen que se activaba y desactivaba en respuesta a una señal en las células madre. Así, fueron capaces de describir cómo se activan y desactivan los genes y bajo qué circunstancias una célula puede desarrollarse en cierta dirección, pero luego eligen regresar al punto de partida.

Parte de este trabajo consistió en medir cómo se modifican las proteínas de una célula por fosforilación utilizando la espectrometría de masas avanzada. Esto les permitió ofrecer una descripción profunda y única de cómo reaccionan las proteínas individuales de una célula a las señales del exterior.

Aunque la secuencia de los procesos de transcripción celular no se podía medir con tanta precisión como en este estudio, el dogma era que los factores de transcripción comprenden el interruptor de encendido y apagado que es esencial para iniciar la transcripción del gen individual. Esto no es así para las células madre embrionarias y potencialmente para otros tipos de células.

"Los factores de transcripción siguen siendo una señal clave, pero no impulsan el proceso, como se pensaba anteriormente. Una vez que están allí, se puede leer el gen y permanecen en su lugar por un tiempo después de que se lee el gen. Y cuando se han ido, la ventana en la que se puede leer el gen puede cerrarse de nuevo. Puedes compararlo con las estelas de vapor que ves en el cielo cuando un avión ha pasado. Permanecen un tiempo, pero se disipan lentamente de nuevo", argumenta el primer autor, William Hamilton.

Este descubrimiento es, ante todo, un conocimiento básico, que cambia los supuestos fundamentales de la biología molecular. Los nuevos resultados son especialmente importantes para los investigadores que trabajan en células madre y en biología del cáncer. Proporcionan una nueva visión de cómo se desarrollan las células, cómo las vías involucradas en el desarrollo determinan cuándo cambian las células y cuándo se alcanza el punto de no retorno. Estas vías también se encuentran frecuentemente mutadas en el cáncer y los hallazgos de este estudio serán valiosos para el estudio del desarrollo maligno.