En un avance que puede reescribir las reglas de la biología, investigadores han creado células madre de ratón utilizando genes tomados de antiguos organismos unicelulares. El logro conecta casi mil millones de años de historia evolutiva y desafía nuestras suposiciones sobre lo que nos hace a nosotros -y a las células madre que nos forman- claramente animales.
“Este estudio implica que los genes clave involucrados en la formación de células madre podrían haberse originado mucho antes que las propias células madre, tal vez ayudando a allanar el camino para la vida multicelular que vemos hoy”, dijo el Dr. Alex de Mendoza de la Universidad Queen Mary de Londres, autor principal de la investigación.
El trabajo fue posible gracias a una colaboración entre el Dr. de Mendoza e investigadores de la Universidad de Hong Kong. Juntos, demostraron que las versiones antiguas de los genes encontrados en los coanoflagelados, organismos unicelulares que comparten un ancestro común con los animales, podrían reprogramar las células de ratón para convertirlas en células madre pluripotentes, del tipo que son capaces de convertirse en cualquier tipo de célula.
El modelo antiguo para la pluripotencia
Las células madre son esenciales para el desarrollo animal. Tienen la capacidad única de renovarse y especializarse en diversos tipos de células: pluripotencia. Las células especializadas del hígado, la piel y el cerebro comenzaron a partir del mismo tipo de célula madre. En los animales, este proceso está controlado por factores de transcripción como Sox2 y Oct4, que regulan los genes responsables de la pluripotencia. Hasta ahora, los investigadores creían que estos factores eran innovaciones biológicas exclusivas de los animales.
Los coanoflagelados, a menudo descritos como “fósiles vivientes”, son nuestros parientes unicelulares más cercanos. Aunque no son tan complejos como los animales multicelulares, sus genomas contienen versiones antiguas de los genes Sox y POU. Resulta que estos genes pueden haber sido reutilizados a lo largo del tiempo evolutivo.
“Los coanoflagelados no tienen células madre”, explicó el Dr. de Mendoza. “Son organismos unicelulares, pero tienen estos genes, probablemente para controlar procesos celulares básicos que los animales multicelulares probablemente reutilizaron más tarde para construir cuerpos complejos”.
Para probar esta idea, el equipo reemplazó el gen Sox2 nativo en células de ratón con una versión de coanoflagelados. Sorprendentemente, estas células modificadas pudieron reprogramarse para convertirse en células madre pluripotentes. Luego, los investigadores inyectaron estas células en un embrión de ratón en desarrollo. El ratón quimérico resultante tenía rasgos distintivos, como manchas de pelo negro y ojos oscuros. Esto confirmó que los genes antiguos podían integrarse sin problemas en el desarrollo del animal incluso después de mil millones de años desde que probablemente aparecieron por primera vez.
Se trata de una hazaña que antes se creía que solo podía lograrse con las proteínas Sox animales modernas. Sin embargo, los factores POU de los coanoflagelados mostraron claras limitaciones. Si bien estas proteínas podían unirse al ADN, su especificidad difería de las proteínas Oct4 en animales, lo que las hacía incapaces de inducir pluripotencia. Esto puede ser una pista que indique a los científicos los cambios evolutivos que fueron verdaderamente cruciales para el surgimiento de las células madre animales.
Reescribiendo la cronología de las células madre
Estos descubrimientos cambian nuestra comprensión de la trayectoria evolutiva que conduce a la vida multicelular. La presencia de genes Sox y POU funcionales en organismos unicelulares sugiere que las bases de los sistemas celulares complejos se establecieron mucho antes de que aparecieran los primeros animales.
Incluso puede haber algunas aplicaciones prácticas interesantes. Al demostrar que los genes de los antepasados unicelulares pueden desempeñar papeles críticos en la maquinaria de las células madre modernas, los científicos han abierto la puerta a nuevas posibilidades en la medicina regenerativa.
“Estudiar las raíces antiguas de estas herramientas genéticas nos permite innovar con una visión más clara de cómo se pueden ajustar u optimizar los mecanismos de pluripotencia”, dijo el Dr. Ralf Jauch de la Universidad de Hong Kong. Las versiones sintéticas de estos genes antiguos podrían algún día superar a sus contrapartes derivadas de animales en terapias con células madre, acelerando potencialmente la reparación de tejidos dañados o el tratamiento de enfermedades degenerativas.
Este hallazgo también pone de relieve la extraña habilidad de la evolución para el reciclaje. Las primeras versiones de las proteínas Sox y POU pueden haber ayudado a los coanoflagelados a regular funciones celulares fundamentales. Con el tiempo, estos mismos genes fueron cooptados para construir las sofisticadas arquitecturas de los animales multicelulares.
Es un recordatorio de cómo los componentes básicos de la vida a menudo trascienden los límites que les imponemos. “Al crear con éxito un ratón utilizando herramientas moleculares derivadas de nuestros parientes unicelulares, estamos presenciando una extraordinaria continuidad de funciones a lo largo de casi mil millones de años de evolución”, dijo el Dr. de Mendoza.
La investigación es tanto un viaje hacia atrás en el tiempo como un salto hacia adelante. Y eso es bastante asombroso, si me preguntas.
Los hallazgos fueron publicados en la revista Nature Communications.
Fuente: ZME Science.
