Descifrando el destino celular temprano en el desarrollo del embrión

Las primeras etapas del desarrollo del embrión mamífero son súper complejas y muy organizadas. Un paso crítico en este proceso es cuando las células deciden qué tipo de células van a ser. Esto sucede en la etapa de mórula cuando las células comienzan a formar grupos distintos. Estos grupos eventualmente se desarrollarán en la capa externa, conocida como trofectodermo (TE), y la masa interna, llamada masa celular interna (ICM). La capa TE contribuirá a estructuras como la placenta, mientras que la ICM se convertirá en el embrión mismo.

Los investigadores tienen curiosidad sobre cómo se toman estas decisiones iniciales sobre el destino celular y cuándo comienzan las señales para la diferenciación. Estudios recientes han sugerido que las diferencias entre las células se pueden rastrear hasta moléculas que aparecen en las primeras etapas de desarrollo.

Una de estas moléculas es la metiltransferasa de arginina asociada a coactivadores 1 (CARM1), que juega un papel importante en la forma en que se activan y desactivan los genes. A medida que los embriones se desarrollan, las cantidades de CARM1 varían entre las células, afectando sus elecciones sobre qué tipos de células se convertirán. Por ejemplo, niveles más altos de CARM1 están relacionados con una mayor expresión de genes específicos en la ICM, lo que guía a esas células hacia convertirse en parte del feto.

Curiosamente, se ha encontrado que un RNA largo no codificante llamado LincGET también se expresa de manera desigual en los embriones tempranos. Este RNA trabaja con CARM1 para promover la expresión génica en la ICM. Otra proteína, HMGA1, muestra variación en sus niveles desde tan temprano como en la etapa de dos células y está involucrada en guiar las decisiones del destino celular. Estos hallazgos sugieren que las diferencias moleculares entre las células juegan un papel crucial en cómo deciden sus caminos de desarrollo.

#El papel de HSPA2 en la diferenciación celular

A pesar de los avances en nuestra comprensión, aún hay preguntas sin respuesta sobre qué causa las diferencias en el destino celular y cómo se regulan. Una proteína que ha resultado significativa en este proceso es la proteína de choque térmico A2 (HSPA2). Esta proteína es esencial para el desarrollo de las células germinales masculinas y se ha relacionado con varias funciones celulares durante el desarrollo del embrión.

HSPA2 está ubicada en el cromosoma 14 y su expresión anormal en los testículos se ha relacionado con problemas de infertilidad. Aunque se ha demostrado que HSPA2 está presente en otros tejidos y en etapas del embrión de ratón, su papel específico en guiar la diferenciación celular aún no se ha comprendido del todo.

En un estudio reciente, los investigadores se centraron en cómo HSPA2 influye en el desarrollo de embriones de ratón. Separaron células de embriones de cuatro células y observaron su desarrollo hasta la etapa de mórula, prestando atención a los patrones de expresión génica. El equipo descubrió que HSPA2 estaba distribuido de manera desigual en blastómeros de dos a cuatro células. Al bloquear la función de HSPA2 en algunos embriones, encontraron que era menos probable que las células se desarrollaran en ICMS, sugiriendo un papel significativo para HSPA2 en decidir el destino celular.

#Métodos experimentales

#Colección de animales

El estudio involucró el uso de ratones ICR, que se mantuvieron en condiciones controladas. Los investigadores indujeron superovulación para recolectar ovocitos, que luego fueron fertilizados con esperma. Los embriones fueron monitoreados y recolectados en diferentes etapas de desarrollo para un análisis posterior.

#Cultivo celular y transfeción

Las células madre embrionarias de ratón (mESCs) se cultivaron en condiciones específicas que promueven su crecimiento. Para estudiar la función de HSPA2, los investigadores utilizaron un método llamado transfeción para introducir RNA pequeño interferente (siRNA) que se dirige a HSPA2. Esto les permitió observar los efectos de reducir los niveles de HSPA2 en el desarrollo celular.

#Análisis de RNA

Los investigadores utilizaron técnicas para medir los niveles de RNA de diferentes genes, enfocándose en cómo la expresión de HSPA2 y otros genes críticos se veían afectados por su reducción. Utilizaron kits específicos que ayudan a amplificar y cuantificar el mRNA de las muestras recolectadas.

#Análisis de proteína

Para estudios de proteínas, se emplearon técnicas como el Western blot para analizar la presencia y los niveles de varias proteínas que son marcadores para la ICM y TE. Esto ayudó a vincular los niveles de proteínas con la expresión de genes específicos.

#Observación del destino celular

Para rastrear qué células se desarrollaron en ICM o TE, los investigadores inyectaron una proteína fluorescente verde (GFP) en algunos embriones junto con el siRNA de HSPA2. De esta manera, pudieron seguir visualmente la línea celular y ver cuántas de las células que expresaban GFP se convirtieron en células ICM.

#Estudios de sobrerexpresión

Para ver si aumentar los niveles de HSPA2 afectaría el destino celular, los investigadores inyectaron mRNA de HSPA2 en embriones. Buscaron cambios en la formación de embriones y cuántas células se convirtieron en ICMs o TES.

#Interacciones con CARM1

Los investigadores investigaron si HSPA2 interactuaba con CARM1, ya que ambos son importantes para influir en el destino celular. Utilizaron técnicas de co-inmunoprecipitación para confirmar la presencia de estas proteínas juntas en las células.

#Hallazgos sobre la funcionalidad de HSPA2

#Expresión asimétrica de HSPA2

El equipo descubrió que HSPA2 no estaba distribuido de manera uniforme entre los blastómeros en los embriones de cuatro células. Encontraron diferencias claras entre los niveles de HSPA2. Cuando observaron embriones de dos células tardías, también notaron que HSPA2 tenía un patrón asimétrico similar, lo que sugiere que esto puede ocurrir temprano y es crucial para guiar el destino celular.

#Efectos de la reducción de HSPA2

Cuando se redujeron los niveles de HSPA2 en los embriones, la expresión de genes clave de la ICM también se redujo significativamente. Notaron que los embriones con HSPA2 inhibido tenían menos células ICM en la etapa de blastocisto en comparación con los embriones de control. Esto sugiere que HSPA2 es esencial para una correcta diferenciación de la ICM.

#Estudios de sobrerexpresión

Cuando los investigadores intentaron aumentar los niveles de HSPA2 en los embriones, no encontraron cambios significativos en el desarrollo ni en las proporciones de células ICM frente a células TE. Esto mostró que tener niveles más altos de HSPA2 no es suficiente para empujar a las células a convertirse en ICMs; el balance preciso es más crítico.

#Interacción con CARM1

La investigación confirmó que HSPA2 interactúa con CARM1, y juntos juegan un papel en regular la expresión de genes esenciales para el desarrollo de la ICM. Cuando se redujeron los niveles de HSPA2, los niveles de CARM1 también cayeron, llevando a menores niveles de modificación H3R26me2, que es una señal de activación génica.

#Conclusión

La investigación resalta el papel vital de HSPA2 en las primeras etapas del desarrollo del embrión. Muestra cómo esta proteína interactúa con CARM1 para influir en las primeras decisiones sobre el destino celular que afectan el desarrollo futuro.

Entender estos mecanismos ayuda a desentrañar las complejidades de la embriogénesis y los factores que guían la diferenciación celular. Más investigaciones podrían ayudar a aclarar cómo funcionan estos procesos en otros mamíferos y cómo podrían aplicarse en medicina reproductiva.

Estos hallazgos abren puertas para entender mejor la intrincada danza de la determinación del destino celular y podrían allanar el camino para avances en tratamientos de fertilidad y medicina regenerativa.