Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han descubierto que la difusión juega un papel inesperado en la diferenciación celular durante las primeras etapas del desarrollo en los embriones de Drosophila. o moscas de la fruta. En lugar de difundir una señal molecular, se encontró que la difusión, facilitado a través de una molécula portadora, en realidad concentra la señal en un solo lugar. Este mecanismo de "difusión facilitada" se ha encontrado previamente en otros sistemas, y el nuevo hallazgo indica que puede estar más extendido de lo que se pensaba.

El desarrollo de Drosophila se produce rápidamente, con tan solo 24 horas desde el momento de la fecundación hasta que emerge una larva del huevo. Para este estudio, investigadores centrados en una ventana de desarrollo de dos horas, desde el comienzo de la segunda hora hasta el final de la tercera hora. Al comienzo de esta etapa, el embrión consta de una célula grande, con aproximadamente 500 núcleos rodeando la yema. Al final de la tercera hora, el embrión consta de aproximadamente 8, 000 células nucleadas - todavía rodean la yema.

"Estos 8, 000 células están comenzando a diferenciarse:algunas se están convirtiendo en neuronas, mientras que otras serán células de la piel, etcétera, "dice Greg Reeves, profesor asistente de ingeniería química y biomolecular en NC State y autor correspondiente de un artículo sobre el trabajo. "Lo que observamos es cómo el embrión en desarrollo envía señales a todas estas células para que sepan diferenciarse".

Durante las primeras etapas de desarrollo, los embriones transmiten señales a las células a lo largo de dos gradientes que son básicamente latitudinales y longitudinales. La combinación de ambas señales le dice a las células en qué se desarrollarán. Lo que se trata en este artículo son las señales de gradiente dorsal, que son factores de transcripción. Los factores de transcripción son proteínas que se unen al ADN en un núcleo y regulan la expresión génica. Debido a que los núcleos en esta etapa de desarrollo no están separados por paredes celulares, estas proteínas dorsales pueden desplazarse fácilmente de un lugar a otro a lo largo de la periferia del embrión.

Pero estas proteínas dorsales se mantienen inactivas por una proteína inhibidora llamada cactus, que se une a Dorsal, formando un complejo Dorsal-Cactus que no puede entrar en un núcleo.

Para hacer su trabajo, Las proteínas dorsales dependen de las proteínas Toll, que desencadenan una cascada que finalmente degrada Cactus - liberando proteínas dorsales para entrar en un núcleo y unirse con el ADN. Y proteínas Toll, Sucesivamente, solo comienzan a hacer su trabajo a lo largo del lado ventral del embrión.

Esa descripción ha sido la explicación de larga data de cómo funciona este proceso, pero Reeves y su equipo ahora han demostrado que hay más.

En este caso, Los investigadores han descubierto que la difusión juega un papel clave, pero no necesariamente el papel que estaban anticipando.

"Generalmente, la señal comienza en un lugar, luego se difunde para crear el degradado, Reeves explica. "Lo que sucede aquí es esencialmente lo opuesto a eso".

Específicamente, como Toll degrada el cactus, permitiendo que Dorsal entre en los núcleos, crea un desequilibrio:hay más complejos Dorsal-Cactus en un lado del embrión que en el otro. Esto lleva a que los complejos Dorsal-Cactus adicionales migren hacia el lado ventral, a través de la difusión, en un intento por restablecer el equilibrio.

"El efecto neto del proceso es que se depositan más dorsales en el lado ventral, "Dice Reeves." El cactus no es solo un inhibidor, como pensamos anteriormente, también sirve como portador.

"La ventaja de este mecanismo de difusión facilitado es que amplifica eficazmente la señal de las proteínas dorsales, "Dice Reeves.

Y en embriones con escasez de proteínas dorsales, el mecanismo también concentra a Dorsal en el área donde es más importante, aumentando la probabilidad de que el embrión sea viable.

"Este mecanismo de difusión se ha encontrado previamente en ranas y otros sistemas independientes, "Dice Reeves." Así que encontrarlo aquí sugiere que puede ser más frecuente de lo que pensamos. Y si prevalece en la naturaleza, que puede indicar una eficiencia que podría informar el desarrollo de técnicas que podrían usarse para aplicaciones como la administración de fármacos. Sería un largo camino pero vale la pena investigarlo ".

El papel, "Un mecanismo de difusión facilitado establece el gradiente dorsal de Drosophila, "se publica en la revista Desarrollo .