¿Qué nos puede enseñar el monstruo acuático sobre la regeneración de tejidos en humanos?

¿Qué nos puede enseñar el monstruo acuático sobre la regeneración de tejidos en humanos?

Comprender cómo crecen nuevas extremidades en las salamandras proporciona información sobre el potencial de la medicina regenerativa humana

LA JOLLA, CA—Según dos nuevos estudios realizados por investigadores del Instituto Salk de Estudios Biológicos, la regeneración de una nueva extremidad u órgano en un ser humano será mucho más difícil de lo que el científico loco y supervillano Dr. Curt Connors hizo parecer. en los cómics y películas de Amazing Spider-man.

Como sabrán aquellos que vieron la película reciente “The Amazing Spiderman”, el Dr. Connors se inyectó un suero hecho de ADN de lagarto para volver a crecer con éxito la parte inferior del brazo derecho que le faltaba, es decir, antes de que la fórmula lo transformara en un humanoide reptiliano.

La investigación de Salk muestra que en el ajolote, una salamandra mexicana, los genes saltadores deben estar encadenados o podrían moverse en los genomas de las células en el tejido destinado a convertirse en una nueva extremidad e interrumpir el proceso de regeneración.

Imagen: Cortesía del Instituto Salk de Estudios Biológicos

Pero al estudiar un anfibio parecido a un lagarto real, que puede regenerar extremidades faltantes, los investigadores de Salk descubrieron que no es suficiente activar los genes que inician el proceso regenerativo. De hecho, uno de los primeros pasos es detener la actividad de los llamados genes saltadores.

En una investigación publicada el 23 de agosto en Desarrollo, Crecimiento y Diferenciación, y el 27 de julio en Biología del desarrollo, los investigadores muestran que en el ajolote mexicano, los genes saltadores tienen que estar encadenados o podrían moverse en los genomas de las células en el tejido destinado a convertirse en una nueva extremidad e interrumpir el proceso de regeneración.

Descubrieron que dos proteínas, piwi-like 1 (PL1) y piwi-like 2 (PL2), realizan el trabajo de calmar los genes saltadores en esta forma de salamandra inmadura parecida a un renacuajo, conocida como ajolote, una criatura cuyo nombre significa monstruo acuático y que puede regenerar todo, desde partes de su cerebro hasta ojos, médula espinal y cola.

"Lo que sugiere nuestro trabajo es que los genes saltadores serían un problema en cualquier situación en la que quisiera activar la regeneración", dice el autor principal del estudio, Tony Hunter, un profesor en el Laboratorio de Biología Molecular y Celular y director de la Centro de Cáncer del Instituto Salk.

“Tan complejo como ya parece, puede parecer una tarea sin esperanza tratar de regenerar una extremidad o parte del cuerpo en humanos, especialmente porque no sabemos si los humanos tienen todos los genes necesarios para la regeneración”, dice Hunter. “Por esta razón, es importante entender cómo funciona la regeneración a nivel molecular en un vertebrado que puede regenerarse como primer paso. Lo que aprendamos puede conducir eventualmente a nuevos métodos para el tratamiento de enfermedades humanas, como la cicatrización de heridas y la regeneración de tejidos simples”.

De izquierda a derecha: los investigadores de Salk Gerald M. Pao, Wei Zhu y Tony Hunter, profesor del Laboratorio de Biología Molecular y Celular y director del Centro del Cáncer del Instituto Salk.

Imagen: Cortesía del Instituto Salk de Estudios Biológicos

El equipo de investigación, que incluía investigadores de otras universidades de todo el país, buscó caracterizar la huella dactilar transcripcional que surge de la fase temprana de regeneración del ajolote. Observaron específicamente el blastema, una estructura que se forma en el muñón de una extremidad.

Allí, los científicos encontraron la activación transcripcional de algunos genes, que generalmente se encuentran solo en las células germinales, lo que indicaba la reprogramación celular de células diferenciadas en un estado de línea germinal.

En Desarrollo, Crecimiento y Diferenciación estudio, el equipo de investigación, dirigido por Wei Zhu, entonces investigador postdoctoral en el laboratorio de Hunter, se centró en uno de estos genes, el retrotransposón del elemento 1 de nucleótido intercalado largo (LINE-1).

Los elementos LINE-1 son genes saltadores que surgieron temprano en la evolución de los vertebrados. Son fragmentos de ADN que se copian a sí mismos en dos etapas: primero de ADN a ARN por transcripción y luego de ARN a ADN por transcripción inversa. Estas copias de ADN pueden luego insertarse en el genoma de la célula en nuevas posiciones.

Hace unos pocos años, fred gage, profesor en el Laboratorio de Genética en el Instituto Salk, descubrió que los elementos LINE-1 se mueven durante el desarrollo neuronal y pueden programar las identidades de las neuronas individuales.

“La mayoría de estas copias parecen ser ADN 'basura', porque son defectuosas y nunca pueden volver a saltar”, dice Hunter. Pero todos los mamíferos, incluidos los humanos, todavía tienen genes LINE-1 activos, y la salamandra, cuyo genoma es 10 veces más grande que el humano, contiene muchos más.

Los retrotransposones LINE-1 activos pueden seguir saltando, y eso fue cierto en el blastema en desarrollo donde el salto LINE-1 se activó dramáticamente. Pero en el estudio complementario de los investigadores, en Biología del desarrollo, descubrieron que PL1 y PL2 desactivan la transcripción de elementos repetidos, como LINE-1. “La idea es que en el desarrollo de las células germinales, definitivamente no quieres que estas cosas salten de un lado a otro”, dice Hunter. “La movilización de estos genes saltarines puede introducir reordenamientos genómicos dañinos o incluso abortar el proceso de regeneración”.

De hecho, cuando los investigadores inhibieron la actividad de PL1 y PL2 en el blastema de las extremidades de axoloti, la regeneración se ralentizó significativamente.

"La necesidad de activar un conjunto de genes para evitar que otros genes salten simplemente ilustra lo increíblemente difícil que sería regenerar algo tan complejo como una extremidad en humanos", dice Hunter. “Pero eso no significa que no aprenderemos lecciones valiosas sobre cómo tratar las enfermedades degenerativas”.

El trabajo fue apoyado por subvenciones de la Instituto Nacional del Cáncer, la Servicio de Salud Pública de EE. UU., y una Beca de Innovación del Instituto Salk.

Sobre el Instituto Salk de Estudios Biológicos:
El Instituto Salk de Estudios Biológicos es una de las instituciones de investigación básica más importantes del mundo, donde profesores de renombre internacional investigan cuestiones fundamentales de las ciencias de la vida en un entorno único, colaborativo y creativo. Centrados tanto en el descubrimiento como en la orientación de futuras generaciones de investigadores, los científicos de Salk realizan contribuciones innovadoras a nuestra comprensión del cáncer, el envejecimiento, el Alzheimer, la diabetes y las enfermedades infecciosas mediante el estudio de la neurociencia, la genética, la biología celular y vegetal y disciplinas relacionadas.

Los logros de la facultad han sido reconocidos con numerosos honores, incluidos premios Nobel y membresías en la Academia Nacional de Ciencias. Fundado en 1960 por el pionero de la vacuna contra la polio Jonas Salk, MD, el Instituto es una organización independiente sin fines de lucro y un hito arquitectónico.