El desarrollo embrionario, el viaje desde un único óvulo fertilizado hasta un organismo complejo, está orquestado por interacciones complejas entre señales bioquímicas. Pero los mecanismos detrás de cómo las células interpretan estas señales para tomar decisiones cruciales sobre el desarrollo siguen siendo difíciles de alcanzar.

"Nuestro artículo aborda una pregunta fundamental:¿Cómo se controlan estas decisiones mediante múltiples vías simultáneamente?" dijo Warmflash, profesor asociado de biociencias y bioingeniería.

El equipo incluye a la investigadora asociada postdoctoral y actual líder de grupo en el Centro Andaluz de Biología del Desarrollo Elena Camacho-Aguilar; Sumin Yoon, estudiante de último año con especialización en antropología cultural/médica; los estudiantes de doctorado Miguel A. Ortiz-Salazar y Siqi Du; y la técnica de laboratorio M. Cecilia Guerra. Juntos centraron su estudio en la gastrulación humana, una etapa fundamental en la que las células se diferencian en las tres capas germinales del embrión:ectodermo, mesodermo y endodermo.

Si bien investigaciones anteriores identificaron la participación de varias señales, como la proteína morfogenética ósea (BMP) y el sitio de integración relacionado sin alas (WNT) durante la gastrulación, los mecanismos precisos que subyacen a cómo las células las interpretan para convertirse en diferentes tipos de células aún no están claros.

Para encontrar una respuesta, los investigadores recurrieron a las células madre pluripotentes humanas (hPSC), que imitan el estado de las células justo antes de la gastrulación. Plantearon la hipótesis de que la duración y la concentración de las señales de BMP podrían dictar el destino celular e idearon experimentos que exponían las hPSC a diversos sistemas de señales de BMP.

Contrariamente a las suposiciones anteriores, el estudio reveló que la duración de la exposición a la señal de BMP, más que su intensidad, desempeña un papel crucial en la determinación del destino celular. Las exposiciones en forma de pulsos a altas concentraciones de BMP provocaron cambios significativos, particularmente hacia el mesodermo, mientras que las señales continuas de bajo nivel produjeron resultados menos pronunciados.

El modelado matemático de estos procesos permitió a los investigadores predecir el destino de cualquier combinación de señales BMP y WNT. El equipo construyó un "mapa de destino" integral que predice estos resultados. Aprovechando este mapa, los investigadores idearon un protocolo novedoso que optimiza la formación del mesodermo relevante para otros campos como la medicina regenerativa.

"Nuestros hallazgos subrayan la importancia de comprender la dinámica de señalización para guiar las decisiones sobre el destino celular", dijo Camacho-Aguilar. "Al descifrar estos mecanismos, podemos diseñar protocolos de diferenciación eficientes que podrían ser relevantes para aplicaciones terapéuticas".

Más información: Elena Camacho-Aguilar et al, La interpretación combinatoria de BMP y WNT controla la decisión entre la racha primitiva y los destinos extraembrionarios, Sistemas celulares (2024). DOI:10.1016/j.cels.2024.04.001

Información de la revista: Sistemas celulares

Proporcionado por la Universidad Rice