La identidad no está determinada genéticamente

El grupo de investigación de Alex Schier, Director del Biozentrum, de la Universidad de Basilea en Suiza, ha estudiado detenidamente cómo una célula embrionaria se convierte en un corazón, un nervio o una célula sanguínea.

Por primera vez, los investigadores han podido reconstruir las trayectorias de desarrollo de las células embrionarias individuales. Sus resultados sugieren que las células pueden cambiar su camino durante su proceso de maduración. Los resultados han sido publicados en "Science".

El origen de cada célula de nuestro cuerpo es una sola célula, el óvulo fertilizado. En el camino para convertirse en una célula especializada, ya sea de sangre, corazón o células nerviosas, sus descendientes siguen un programa genético. Este programa determina la identidad de una célula, sus características y función.

El equipo de investigación ha desarrollado un nuevo método que permite a los científicos por primera vez rastrear toda la historia de la diferenciación de células individuales.

Primer árbol completo de la embriogénesis

Al combinar las trayectorias de diferenciación, este equipo ha podido construir un árbol de desarrollo completo para la embriogénesis. Además, el equipo descubrió que durante la diferenciación, las células pueden salirse de su camino y así cambiar su identidad.

En su estudio, el equipo aisló alrededor de 40,000 células y 25 tipos de células diferentes que se forman en el pez cebra durante un período de nueve horas. Para investigar la maduración de estas células, analizaron el ARN, una copia del material genético. "El ARN nos dice, qué genes están activos y determina la función y las características de una célula", explica Schier en un comunicado.

Para fusionar y comparar los datos, el equipo de Schier desarrolló un nuevo software (URD). Si bien los estudios previos en este campo se basan en el examen de un puñado de genes, el nuevo método de secuenciación de ARN monocatenario (de cadena simple) de alto rendimiento permite el análisis de todos los genes activos durante el desarrollo celular.

Con esta nueva tecnología, el equipo ha podido reconstruir, por primera vez, un árbol ampliamente ramificado que rastrea el desarrollo de cada célula individual, comenzando con la célula de óvulo fertilizada. Además, asignaron las células a su origen espacial en el embrión temprano.

Cambios en el programa genético

Los resultados muestran que el programa genético que una célula sigue en el camino hacia la madurez de ninguna manera es inamovible. "Parece que el camino de desarrollo de una célula es más flexible de lo que esperábamos", dice Alex Schier.

Hasta ahora, se suponía que las células en desarrollo siguen un camino predeterminado, como los mármoles que ruedan colina abajo hasta que se detienen en su lugar predestinado. El nuevo estudio sugiere que las señales del entorno pueden tener una influencia tan fuerte sobre las células, que abandonan la trayectoria inicial y cambian su camino, asumiendo así una nueva identidad.

En un siguiente paso, el grupo de investigación ampliará el árbol del linaje celular, investigará más tipos de células y seguirá el desarrollo de las células durante un período de tiempo más largo.

 "Mi objetivo es fusionar las trayectorias de desarrollo y los árboles de linaje en un todo completo. Si podemos entender la lógica detrás de la diferenciación celular, podemos, algún día, ser capaces de responder la pregunta: ¿Cuántas formas hay para construir un corazón o un cerebro? "

Referencia

Single-cell reconstruction of developmental trajectories during zebrafish embryogenesis. Jeffrey A. Farrell et al. Science 26 Apr. 2018: eaar3131. DOI: 10.1126/science.aar3131