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¿Cómo eligen sus destinos las células?

¿Cómo eligen sus destinos las células?

Un equipo de investigadores de Caltech y la UPF ha desarrollado un circuito genético sintético que demuestra cómo las células pueden elegir su destino.

21.01.2022

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Cada uno de nosotros empezamos siendo una sola célula que da lugar a billones de células que componen nuestro cuerpo. Aunque cada célula tiene exactamente la misma información genética, cada una realiza una función especializada: las neuronas gobiernan nuestros pensamientos y comportamientos, por ejemplo, mientras que las células inmunitarias aprenden a reconocer y combatir enfermedades, las células de la piel nos protegen del mundo exterior, las musculares permiten el movimiento, y así sucesivamente.

Todos estos tipos de células tienen un origen común, las células madre pluripotentes. Llenas de posibilidades, las células madre son como una pizarra en blanco que puede convertirse en cualquier tipo de célula, del mismo modo que un niño se convierte en adulto y elige una carrera y un camino en la vida. La forma en que las células eligen sus carreras depende de la acción coordinada de múltiples genes en nuestro genoma, en los llamados circuitos genéticos.

Ahora, investigadores del laboratorio de Michael Elowitz en el Instituto Tecnológico de California en los EUA (Caltech), junto a Jordi Garcia Ojalvo, catedrático de Biología de Sistemas de la UPF, han desarrollado en el laboratorio un circuito genético sintético que demuestra cómo las células pueden elegir su destino. La investigación se describe en un artículo publicado en la revista Science el 20 de enero.

Los investigadores demuestran cómo un conjunto relativamente pequeño de componentes e interacciones entre proteínas es suficiente para establecer y controlar una gran cantidad de estados celulares.

Usando este circuito, al que denominaron MultiFate, los investigadores demostraron cómo un conjunto relativamente pequeño de componentes e interacciones entre proteínas es suficiente para establecer y controlar una gran cantidad de estados celulares a través de una propiedad llamada "multiestabilidad". MultiFate permite a los científicos diseñar una sola célula viva que puede cambiar a diferentes estados, cada uno de los cuales es estable por sí solo, pero es capaz de realizar una función distinta, de forma análoga a lo que sucede en nuestros propios cuerpos.

Los experimentos, realizados por Ronghui Zhu, muestran que un circuito artificial de genes puede funcionar dentro de células cultivadas en el laboratorio sin interferir con los procesos celulares normales. El circuito MultiFate consta de tres genes, cada uno de los cuales codifica un factor de transcripción (una proteína que activa la expresión de los genes). Cada una de estas tres proteínas activa su propia expresión a su propio ADN. Crucialmente, los tres tipos de proteínas también pueden adherirse entre sí para bloquear la actividad de las demás.

Como predijo el modelo matemático del equipo, este tipo de circuito permite que una célula exista en múltiples estados distintos, hasta siete estados en los experimentos realizados en este trabajo. Una vez que la célula está en uno de estos estados, permanece en él a menos que los investigadores la perturben deliberadamente. Debido a que las células están encerradas en sus destinos, una célula pasa su destino (color) a sus células hijas a medida que crece y se divide.

Además, a diferencia de los circuitos celulares naturales, que pueden ser difíciles de controlar, los investigadores diseñaron MultiFate para poder inducir a la célula a cambiar entre los siete estados usando fármacos.

"Este trabajo muestra cómo diseñar y construir circuitos sintéticos desde cero puede proporcionar información sobre fenómenos biológicos fundamentales”, dice Garcia Ojalvo. MultiFate está inspirado en las propiedades de los circuitos de control del destino celular natural, pero está diseñado desde cero. Según Elowitz, esta investigación “no solo ayuda a explicar cómo las células pueden tener tantos destinos, también podría proporcionar una base para extender terapias celulares, aprovechando múltiples tipos de células para realizar funciones terapéuticas más complejas que las células naturales podrían ofrecer".

Artículo de referencia:

Zhu R et al. Synthetic multistability in mammalian cells. Science, January 2022. DOI: 10.1126/science.abg9765.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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