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ANN ARBOR, Michigan.— El cuerpo humano contiene billones de células derivadas todas de una sola célula, o cigoto, resultado de la fusión de un óvulo y un espermatozoide. Esa célula única contiene toda la información genética necesaria para desarrollar un humano, y pasa copias idénticas de esa información a cada célula nueva mientras se divide en los muchos tipos diversos de células que conforman un organismo complejo como un ser humano.
Si cada célula es genéticamente idéntica, sin embargo, ¿cómo es que crece para ser células de la piel, la sangre, los nervios, los huesos o cualquier otro tipo? ¿Cómo es que las células madre leen el mismo código genético pero se dividen en tipos muy diferentes?
Las investigadoras de la Universidad de Michigan han encontrado la primera prueba directa de que las células pueden distinguir entre copias de cromosomas aparentemente idénticas durante la división de células madre, lo cual señala la posibilidad de que una información distintiva en las copias de los cromosomas pueda subyacer en la diversificación de los tipos celulares.
La investigadora en el laboratorio científico del Instituto de Ciencias de la Vida, Yukiko Yamashita, explicó cómo las células madre pueden distinguir entre dos copias idénticas de cromosomas y distribuirlas a las células hija en un proceso llamado segregación no aleatoria de cromosoma. Los científicos también describen los genes responsables. Su trabajo se publicará el 5 de mayo en la versión en Internet de la revista Nature.
“Si pudiésemos determinar cómo y por qué las células se dividen de esta manera, empezaríamos a ver cómo nos desarrollamos como seres humanos completos a partir de una sola célula”, dijo Yamashita. “Es ciencia muy básica, pero la comprensión de los procesos biológicos fundamentales siempre tiene implicaciones muy amplias que podrían aprovecharse para los tratamientos y el descubrimiento de medicamentos”.
Durante el ciclo de división celular, la célula madre duplica sus cromosomas generando dos conjuntos idénticos. Cuando la célula se divide para convertirse en dos células, cada una de ellas hereda una de las copias de conjuntos de cromosomas. En muchas de las divisiones, las células hija son idénticas a la madre y, por ejemplo, una célula de piel se convierte en dos células de piel.
Pero en un proceso llamado división asimétrica, una célula se divide en dos hijas que no son idénticas: una célula de piel se divide en otra célula madre de piel y en una célula regular de piel, por ejemplo. En ese caso la información genética contenida en las copias de cromosomas sigue siendo la misma, pero el tipo de célula o “destino celular”, es diferente.
El laboratorio de Yamashita usó células madre de testículos de la mosca de la fruta conocida como drosófila para estudiar el proceso de división celular.
“La línea de germinación de célula madre en la drosófila puede identificarse en una resolución de célula única de manera que son un modelo ideal”, dijo Yamashita.
Las células madre se agruman y son fáciles de identificar; se dividen para producir otra línea de germinación de células madre y una célula de diferenciación llamada gonioblasto, que pasará a convertirse eventualmente en una célula espermatozoide.
Las investigadoras marcaron las copias de cada cromosoma en las células madre de drosófila a medida que se dividían. Con este método rastrearon la tendencia de las copias de cromosoma X e Y a moverse hacia la línea de germinación hija de célula madre o al gonioblasto. Pudieron demostrar que las copias de los cromosomas X e Y, pero no otros cromosomas, se distinguen y se dirigen a las células hija con una parcialidad notable.
Ésta es la primera prueba directa de que las células, de hecho, tienen la capacidad para distinguir entre copias idénticas de cromosomas y para separarlas de manera regulada. Se había sospechado y se habían hecho hipótesis acerca de esta capacidad pero nunca se había probado.
“Todavía no sabemos por qué las copias de cromosomas X e Y se segregan de forma no aleatoria”, dijo Yamashita. “Pensamos que, quizá, se transmite una información epigenética específica a la línea de germinación de la célula madre y al gonioblasto”.
Las conclusiones indican que la información en los cromosomas X e Y que hace posible esta división posiblemente se activa durante la gametogénesis, el proceso de creación de células de óvulo o esperma, en el padre y la madre.
Otras muchas células en todo el cuerpo son capaces de dividirse en dos tipos diferentes, especialmente durante el desarrollo del embrión. Los pasos próximos de Yamashita explorarán si la segregación no aleatoria de cromosomas que se observó en la drosófila es un fenómeno generalizado que comparten los mamíferos, incluidos los humanos.
Yamashita es miembro del cuerpo docente del Centro para Biología de Célula Madre en el Instituto de Ciencias de la Vida, donde está ubicado su laboratorio y donde se conduce toda su investigación. Yamashita es también profesora asistente en el Departamento de Biología Celular y del Desarrollo, y el Programa de Biología Celular y Molecular.
Swathy Yadlapalli, del Institudo de ciencias de la Vida y de la Escuela de Medicina de la UM es también autora del artículo. El apoyo para la investigación provino de los Institutos Nacionales de Salud, la Asociación Cardiaca Estadounidense y la Fundación MacArthur.
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