Identifican un nuevo mecanismo molecular clave en la regeneración de las planarias

Las planarias son unos gusanos planos de agua dulce que se han convertido en un modelo clave para estudiar la regeneración y las células madre, ya que pueden regenerar cualquier parte del cuerpo, incluso la cabeza. Pero, ¿cómo sabe el animal qué parte del cuerpo le falta y qué tipo de tejido debe regenerar?

Investigadores del Departamento de Genética, Microbiología y Estadística de la Universidad de Barcelona y del Instituto de Biomedicina de la UB (IBUB) han estudiado el proceso de regeneración de estos animales y han identificado cómo la modulación de la vía de señalización intercelular Wnt modifica la cromatina, el conjunto de material genético que poseen las células en el núcleo celular. Pocas horas después de una amputación, este mecanismo hace que las células madre de la herida sepan el destino del nuevo tejido.

En el trabajo, publicado en la revista Nature Communications, también han participado investigadores del Centro Andaluz de Biología del Desarrollo (CABD), la Universidad Pablo de Olavide de Sevilla y la Universidad de Anglia del Este (Norwich, Inglaterra).

Estudio genómico

La sorprendente plasticidad de las planarias se da gracias a la presencia de una población de células madre adultas pluripotentes, los neoblastos, que son capaces de reproducir cualquier tipo de célula del organismo. Justo después de una amputación, cuando se debe regenerar un tejido nuevo, existe una ventana de tiempo en la que todo es posible para estas células pluripotentes, y, según la señal recibida por las células donde se ha producido el corte, se decide qué destino tendrán. Uno de los primeros pasos en este proceso es especificar el eje corporal, como el eje anteroposterior, que define la posición de la cabeza y la cola.

Para entender cómo ocurre este fenómeno, los investigadores han llevado a cabo un estudio genómico de las células situadas cerca de la herida que se produce tras amputar la cabeza y la cola. Los investigadores, mediante las técnicas ATAC-seq y Chip-seq, han podido analizar las regiones del genoma que son accesibles o inaccesibles en estos tejidos en un momento determinado; en este caso, a las doce horas de la amputación. «Solo las regiones abiertas son accesibles a los factores de transcripción, que son los responsables de que los genes se expresen. Por tanto, estos estudios nos permiten saber qué conjunto de genes se activa en las células de las heridas doce horas después del corte, y si son diferentes entre la parte anterior y posterior de la planaria», explica Teresa Adell, profesora de la Facultad de Biología, que ha coordinado la investigación.

Inhibición o activación de la vía Wnt para regenerar la cabeza o la cola

Los resultados revelan que doce horas después de la amputación, la cromatina —el conjunto de material genético que las células tienen dentro del núcleo— cambia de conformación según si las células cerca de la herida detectan que deben regenerar una cabeza o una cola. Además, estas demuestran que el cambio de composición de la cromatina, que es el que regula la expresión génica de la célula, depende de si se activa una vía de señalización celular, la vía Wnt. «Si es necesario hacer la cabeza, la vía Wnt se inhibe; y si es necesario hacer la cola, se activa. Además, este cambio de composición de la cromatina ocurre doce horas después del corte; aún no se ha hecho nuevo tejido, pero las células ya saben qué destino habrá que seguir», apunta la investigadora.

Similitudes y diferencias respecto a otros organismos

Entender esta regeneración en las planarias también es importante para la comprensión de este proceso en otros organismos, puesto que los mecanismos moleculares que permiten la correcta regeneración de los órganos y tejidos se conservan evolutivamente, es decir, son muy similares en todos los animales. En este sentido, estudios previos ya habían demostrado que la regulación de la vía Wnt es la responsable de especificar el eje anteroposterior de muchos organismos —incluidos los mamíferos— durante el desarrollo embrionario y también en la regeneración en animales adultos. «Nuestro estudio revela el mecanismo por el que esto es así en las planarias, pero también en otros animales: la vía Wnt especifica qué genes se expresan y, por tanto, el destino celular, ya que regulan la conformación de la cromatina desde el primer momento de la regeneración», resume Teresa Adell.

Por otra parte, las conclusiones del trabajo ponen también de manifiesto las diferencias con otros animales. «Nuestro estudio corrobora la idea de que organismos tan plásticos como las planarias tienen las vías de señalización intercelular muy activas, como si fueran embriones, lo que hace que cualquier cambio de contexto pueda cambiar el destino de las células. No ocurre como en los mamíferos, por ejemplo, en los que la plasticidad de las células está mucho más restringida», apunta la investigadora.

Los riesgos de la reprogramación celular

En el caso de los humanos y del posible impacto biomédico futuro de esta investigación básica, la investigadora subraya que las implicaciones «no son directas, sino de concepto»: «En este estudio ponemos de manifiesto que la capacidad regenerativa está ligada a la capacidad de las células de reprogramarse para cambiar de destino. Por tanto, una estrategia para mejorar la capacidad regenerativa de los humanos podría ser provocar la reprogramación celular», afirma Teresa Adell.

En cualquier caso, la investigadora se muestra prudente con respecto a esta estrategia y avisa de que podría tener efectos no deseados, como la transformación tumoral. «En modelos animales que sí regeneran, se ha demostrado que las señales que deben activarse para regenerar, como la vía Wnt que decíamos, son también las que promueven procesos tumorales cuando se activan de forma errónea. Como ocurre a menudo, nada es absolutamente bueno o malo, sino que depende del contexto en el que nos encontramos», concluye.

Datos en acceso abierto

Todos los resultados de los análisis genómicos que se han llevado a cabo durante el estudio se han integrado en la plataforma de acceso abierto PlanExp, con el objetivo de compartir la información y facilitar el análisis de los datos a la comunidad científica.

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