Los dedos de las manos y de los pies humanos no crecen hacia afuera como cabría esperar. En cambio, nuestros diestros dedos están “esculpidos” dentro de un brote fundamental más grande. Ahora, el primer atlas de células humanas sobre el desarrollo temprano de las extremidades ha revelado por fin con exquisito detalle cómo sucede exactamente.
Antes de esto, nuestra comprensión del desarrollo de las extremidades de los vertebrados se basaba en gran medida en organismos modelo, como embriones de ratones y pollos, y células madre cultivadas en laboratorio. Aunque los humanos comparten algunas similitudes con otros vertebrados, su biología obviamente difiere de la nuestra.
Los detalles de la formación temprana de las extremidades también se han vuelto un poco confusos debido a las limitaciones tecnológicas, ahora superadas, y las restricciones al uso de embriones humanos para investigaciones más allá de los 14 días, una regla que se ha relajado bajo estrictas disposiciones éticas. La imagen construida hasta ahora tenía extremidades que inicialmente emergían como yemas informes que sobresalían de los lados del cuerpo embrionario. Ocho semanas después, si todo va según lo planeado, esas bolsas se han transformado en extremidades anatómicamente distintas y reconocibles, con dedos de manos y pies. Es un proceso notable en el desarrollo embrionario temprano que produce posiblemente una de nuestras características humanas más definitorias: nuestros pulgares largos, delgados y oponibles.
En 2014, los científicos describieron cómo moléculas específicas expresadas en momentos precisos del desarrollo embrionario moldearon la formación de los dedos de manos y pies, aunque esas predicciones se basaron en simulaciones de datos experimentales. Ahora, un equipo internacional dirigido por el biólogo celular Bao Zhang de la Universidad Sun Yat-sen en China, ha coloreado ese proceso con exquisito detalle, analizando miles de células individuales de tejidos embrionarios donados que tenían entre 5 y 9 semanas de desarrollo.
“Identificamos 67 grupos de células distintas a partir de 125.955 células individuales capturadas y las mapeamos espacialmente en cuatro puntos temporales del primer trimestre para arrojar nueva luz sobre el desarrollo de las extremidades”, escribe el equipo en su artículo publicado.
“Al hacerlo, descubrimos varios estados celulares nuevos”, añaden.
“Lo que revelamos es un proceso muy complejo y regulado con precisión”, afirma Hongbo Zhang, autor principal y biólogo celular de la Universidad Sun Yat-sen de China.
“Es como ver a un escultor trabajando, cincelando un bloque de mármol para revelar una obra maestra. En este caso, la naturaleza es la escultora y el resultado es la increíble complejidad de los dedos de nuestras manos y pies”.
Como puedes ver en el vídeo a continuación, los investigadores mapearon patrones de expresión genética para ver cómo esas instrucciones genéticas influyeron en la formación de los dígitos. Desde comienzos confusos, la expresión de IRX1 (representado en aguamarina en el video a continuación), un gen crítico para la formación de los dedos, y SOX9 (representado en magenta en el video), un gen esencial para el desarrollo esquelético, se superponen en cinco longitudes distintas dentro del extremidad en desarrollo.
Alrededor de las 7 semanas de desarrollo, se activan instrucciones de muerte celular programada en las células indiferenciadas que se congregan entre estas longitudes (asociadas con la expresión de MSX1, representada en amarillo en el vídeo), y se revelan los dedos de manos y pies bien definidos. Como un bloque de mármol esculpido hasta convertirse en una obra maestra mediante la expresión de estos genes, nuestros dedos de manos y pies son cincelados desde la punta hasta la base a medida que las células innecesarias retroceden.
Pequeñas irregularidades en este proceso pueden provocar deformidades en las extremidades, con las que nace 1 de cada 500 personas, lo que las convierte en uno de los síndromes más frecuentes al nacer. Los investigadores también mapearon la expresión de genes relacionados con afecciones congénitas, como dedos cortos (braquidactilia) o dedos palmeados (sindactilia), para tener una mejor idea de dónde se desvía el desarrollo de las extremidades.
“Por primera vez, hemos podido capturar el notable proceso de desarrollo de las extremidades hasta una resolución unicelular en el espacio y el tiempo”, dice Sarah Teichmann, autora principal y bióloga computacional del Instituto Wellcome Sanger.
Ella dice que la creación de atlas unicelulares “profundiza nuestra comprensión de cómo se forman estructuras anatómicamente complejas, ayudándonos a descubrir los procesos genéticos y celulares detrás del desarrollo humano saludable, con muchas implicaciones para la investigación y la atención médica”.
Es importante destacar que los investigadores también demostraron que la formación de extremidades en humanos y ratones sigue trayectorias similares, con algunas diferencias en los genes activados y los tipos de células.
El estudio ha sido publicado en Nature.
Fuente: Science Alert.
