Mano en vías de formación con el código combinatorio HoxD. Cada punto representa una célula y los colores el código de combinación de la célula única para representar un grado de diferenciación. La imagen se ha construido a partir de la escultura “Mano del Desierto” del escultor chileno Mario Irrazabal en el desierto de Atacama. Recreación: P. Fabre and Q. Lo Giudice, Universidad de Ginebra.
Investigadores suizos han conseguido por vez primera descifrar el código genético de las manos y los dedos al nivel de una célula única en los miembros que están creciendo, lo que representa un importante paso para la comprensión del secreto de la precisión genética.
Desde hace más de treinta años se conoce el esquema que permite a los genes Hox, uno de los conjuntos de genes más implicados en el desarrollo embrionario, construir un cuerpo entero. Sin embargo, la mayor parte de estas informaciones se han obtenido de la observación de tejidos enteros de órganos en vías de desarrollo.
La nueva investigación, sin embargo, es la primera que observa el fenómeno en células únicas, lo que permite una mejor resolución y mayor claridad de la manera en la que los genes Hox orquestan el ritmo de desarrollo de un órgano o miembro.
Este equipo de investigadores, pertenecientes a la Escuela Politécnica Federal (EPFL) de Lausana (Suiza) y a la Universidad de Ginebra, pudo observar de una forma inédita el desarrollo de las patas y de los dedos de un ratón y descubierto el código que siguen los genes arquitectos para conseguirlo.
Los genes arquitectos pertenecen al grupo Hox, que son genes del desarrollo activos en diferentes combinaciones en el interior de las así llamadas células progenitoras, que derivan de las células madre.
Los investigadores llevaron a su máxima resolución una técnica puntera de secuenciación del ARN en célula única y pudieron estudiar así la expresión de miles de genes en el interior de las células progenitoras únicas.
343 genes
Este análisis puso de manifiesto que cada una de estas células encierra en su interior 343 genes que están asociados a estados celulares específicos. Muchos de ellos están implicados en la presentación y disposición del ADN en la célula, así como en la configuración y desarrollo de los dedos y de las patas.
Los científicos identificaron una serie muy limitada de seis combinaciones principales de cinco genes HoxD que intervienen en la formación de los dedos de los ratones. Cada una de estas combinaciones incluye entre uno y cuatro de los cinco genes implicados. La combinación más simple, de un solo gen, se encuentra al inicio del desarrollo, y la más compleja (de cuatro genes) en los últimos estadios de la madurez.
“El estudio muestra cómo los genes arquitectos actúan concertadamente, siguiendo una evolución progresiva en cada célula que se está desarrollando, para generar los brazos y las manos maduras en el mejor momento y lugar”, explica Pierra Fabre, uno de los investigadores, en un comunicado.
“Las combinaciones de genes HoxD constituyen una maquinaria que genera un espectro de células funcionalmente diferentes dentro de los patrones genéticos de estructuración de las extremidades”, añade. Y concluye: “Estos datos abrirán la vía a futuros trabajos genéticos tendentes a comprender cómo las células consiguen sincronizar la activación combinada de muchos genes”.
Desde hace más de treinta años se conoce el esquema que permite a los genes Hox, uno de los conjuntos de genes más implicados en el desarrollo embrionario, construir un cuerpo entero. Sin embargo, la mayor parte de estas informaciones se han obtenido de la observación de tejidos enteros de órganos en vías de desarrollo.
La nueva investigación, sin embargo, es la primera que observa el fenómeno en células únicas, lo que permite una mejor resolución y mayor claridad de la manera en la que los genes Hox orquestan el ritmo de desarrollo de un órgano o miembro.
Este equipo de investigadores, pertenecientes a la Escuela Politécnica Federal (EPFL) de Lausana (Suiza) y a la Universidad de Ginebra, pudo observar de una forma inédita el desarrollo de las patas y de los dedos de un ratón y descubierto el código que siguen los genes arquitectos para conseguirlo.
Los genes arquitectos pertenecen al grupo Hox, que son genes del desarrollo activos en diferentes combinaciones en el interior de las así llamadas células progenitoras, que derivan de las células madre.
Los investigadores llevaron a su máxima resolución una técnica puntera de secuenciación del ARN en célula única y pudieron estudiar así la expresión de miles de genes en el interior de las células progenitoras únicas.
343 genes
Este análisis puso de manifiesto que cada una de estas células encierra en su interior 343 genes que están asociados a estados celulares específicos. Muchos de ellos están implicados en la presentación y disposición del ADN en la célula, así como en la configuración y desarrollo de los dedos y de las patas.
Los científicos identificaron una serie muy limitada de seis combinaciones principales de cinco genes HoxD que intervienen en la formación de los dedos de los ratones. Cada una de estas combinaciones incluye entre uno y cuatro de los cinco genes implicados. La combinación más simple, de un solo gen, se encuentra al inicio del desarrollo, y la más compleja (de cuatro genes) en los últimos estadios de la madurez.
“El estudio muestra cómo los genes arquitectos actúan concertadamente, siguiendo una evolución progresiva en cada célula que se está desarrollando, para generar los brazos y las manos maduras en el mejor momento y lugar”, explica Pierra Fabre, uno de los investigadores, en un comunicado.
“Las combinaciones de genes HoxD constituyen una maquinaria que genera un espectro de células funcionalmente diferentes dentro de los patrones genéticos de estructuración de las extremidades”, añade. Y concluye: “Estos datos abrirán la vía a futuros trabajos genéticos tendentes a comprender cómo las células consiguen sincronizar la activación combinada de muchos genes”.
Precisión genética
Cuando un feto se está desarrollando, todo está sincronizado a la perfección. La división y diferenciación celular, la expresión de los genes, la señalización de célula a célula y la morfogénesis están cuidadosamente coordinadas para producirse en el orden y durante el tiempo definido.
Cualquier alteración de este orden, como un fallo de sincronización, puede provocar anomalías congénitas, invalidez e incluso la muerte de un individuo. Por eso los científicos se han preguntado siempre qué es lo que define el ritmo y el orden de las etapas del desarrollo.
Esta investigación ofrece un resultado que tanto puede clarificar la respuesta como hacerla más compleja: cada célula combina en su interior los genes asociados al desarrollo de un miembro o un órgano, sin posible error, generando la mano perfecta.
Cuando un feto se está desarrollando, todo está sincronizado a la perfección. La división y diferenciación celular, la expresión de los genes, la señalización de célula a célula y la morfogénesis están cuidadosamente coordinadas para producirse en el orden y durante el tiempo definido.
Cualquier alteración de este orden, como un fallo de sincronización, puede provocar anomalías congénitas, invalidez e incluso la muerte de un individuo. Por eso los científicos se han preguntado siempre qué es lo que define el ritmo y el orden de las etapas del desarrollo.
Esta investigación ofrece un resultado que tanto puede clarificar la respuesta como hacerla más compleja: cada célula combina en su interior los genes asociados al desarrollo de un miembro o un órgano, sin posible error, generando la mano perfecta.
Referencia
Heterogeneous combinatorial expression of Hoxd genes in single cells during limb development. P. J. Fabre et al. BMC Biology201816:101. DOI:https://doi.org/10.1186/s12915-018-0570-z
Heterogeneous combinatorial expression of Hoxd genes in single cells during limb development. P. J. Fabre et al. BMC Biology201816:101. DOI:https://doi.org/10.1186/s12915-018-0570-z