Gradientes de proteínas, los grandes arquitectos del plan corporal

Cuando entendemos un poco más el funcionamiento y coordinación que existen entre las células de los organismos complejos aparecen muchas preguntas. Podemos leer miles de artículos, donde se nos dicen que un gen X, al expresarse en una célula Y hace que esta célula se diferencie a una célula del tipo Z. En los libros de biología, de desarrollo, etc., podréis encontrar centenares de ejemplos como este, tantos como rutas de señalización. Pero, ¿Cómo sabe la célula Y que tiene que expresar el gen X? ¿Por qué ella sí lo hace y no las células que se encuentran unos cuantos centímetros más allá? Porque recordemos que todas las células del cuerpo (excepto las germinales maduras) son clones idénticos del cigoto, y por tanto su genoma es idéntico…

Las células de un organismo en desarrollo son conscientes en todo momento de la posición que ocupan en el organismo, y eso ocurre gracias a las señales que reciben del entorno o de otras células vecinas. El tipo de señal y la intensidad (que en las células en muchas ocasiones se traduce en concentración de un compuesto) activa una serie de interruptores génicos, que a su vez activarán otros y así sucesivamente hasta componer el plan corporal establecido.

Uno de los primeros ejemplos de este tipo de proteínas lo encontramos en el gen bicoid de la mosca de la fruta. Se ha utilizado como organismo modelo en los laboratorios para resolver los secretos del desarrollo, sobre todo para entender los mecanismos básicos, y entre ellos el papel de los gradientes de proteínas en la formación del cuerpo de la larva.

El gen bicoid, que codifica para la proteína con el mismo nombre, va a determinar el eje antero-posterior de la larva. En la imagen de la izquierda tenéis un esquema del embrión de la mosca. Las células de la parte derecha corresponden a células nodriza, encargadas de aportar metabolitos y transcritos de RNA a la célula cigoto, que es la que tiene el citoplasma coloreado de amarillo claro. Durante esta etapa tan sólo tenemos un extenso citoplasma y un núcleo, nada más. Las células que aparecen rodeándolo se corresponden con las células foliculares que protegen y participan en la maduración.

Las células nodriza transfieren RNAs de la madre al citoplasma del cigoto, y bicoid es uno de ellos. El RNA de este gen se acumula en la franja azul de la imagen. Cuando el huevo es fecundado el RNA empieza a transcribirse, de manera que la cantidad de proteína bicoid presente en el extremo anterior es mayor y difunde hacia la parte posterior generando un gradiente. El núcleo del zigoto empieza a dividirse dando lugar a un sincitio con muchos núcleos que migran hacia la periferia del ovocito, en ese momento empieza a invaginarse la membrana y los núcleos son rodeados por ella dando lugar a células individuales. Hemos pasado de tener un sincitio a tener células individuales. 

Pero recordad que en ese sincitio había una proteína  cuya concentración disminuía a medida que nos desplazábamos hacia el extremo posterior del embrión. Cuando la membrana engloba los núcleos y se produce la celularización el citoplasma de cada una de esas células tiene una concentración del proteína bicoid en su citoplasma, que al igual que la intensidad de señal en nuestros aparatos eléctricos, será interpretada y respondida con un patrón de expresión génica concreto, que a su vez desencadenará nuevos patrones y nuevos gradientes, y así sucesivamente hasta alcanzar niveles de complejidad vertiginosos.

La idea de esta entrada no es que conozcáis detalladamente el desarrollo de Drosophila, ni mucho menos, mi objetivo es que el lector tenga un ligero esbozo de cómo los organismos pluricelulares son capaces de construirse “a sí mismos” a través de los mecanismos que gobiernan las células individuales.

Molecular Biology of the Cell. 4th edition. Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al.New York: Garland Science; 2002.

Aprovecho esta entrada para anunciaros nuestros mejores deseos para el nuevo año que de todo corazón deseamos que sea, por lo menos, un poquito mejor que este año 2010. Feliz Año Nuevo de parte de  La ciencia de la vida, la biología: