Señales eléctricas inician la regeneración del gusano plano

A diferencia de la mayoría de los animales multicelulares, los gusanos planos pueden volver a crecer todas las partes de su cuerpo después de que eliminárselas, lo que los convierte en un buen modelo para estudiar el fenómeno de la regeneración de tejidos. También son útiles para explorar preguntas fundamentales en la biología del desarrollo sobre qué subyace a los patrones anatómicos a gran escala.

En un estudio publicado este marzo en 'Biophysical Journal', los científicos informan que la actividad eléctrica es el primer paso conocido en el proceso de regeneración tisular, comenzando antes de que se active la primera maquinaria genética conocida y encendiendo las actividades posteriores de la transcripción de genes necesaria para construir nuevas cabezas o colas. "Es increíblemente importante entender cómo las células toman decisiones sobre qué construir", dice el autor principal Michael Levin, director del Centro de Descubrimiento Allen en la Universidad de Tufts, en Estados Unidos.

Señales eléctricas inician la regeneración del gusano plano

"Hemos encontrado que las señales eléctricas endógenas permiten a las células comunicarse y tomar decisiones sobre su posición y la estructura general de los órganos, para que sepan qué genes se activan", añade. La especie utilizada en el estudio fue 'Dugesia japonica'. Cuando se eliminan partes de este gusano plano, los tejidos restantes vuelven a desarrollar las piezas faltantes en los extremos correctos, bien sea una cabeza o una cola. Estudios anteriores habían demostrado que aproximadamente seis horas después de la amputación, los primeros genes vinculados con el recrecimiento de una parte faltante están activados.

Pero hasta ahora, no se sabía qué sucedió antes ni qué mecanismos controlan qué genes se activan. En los experimentos actuales, dirigidos por Fallon Durant, que era un estudiante graduado en ese momento, se eliminaron las cabezas y colas de los gusanos planos. Los investigadores utilizaron tintes fluorescentes sensibles al voltaje que podían indicar los diversos potenciales eléctricos de las diferentes regiones. "Literalmente, puedes ver la actividad eléctrica en el tejido --dice Levin--. Dentro de unas pocas horas de cuando se ve esta actividad, podemos comenzar a medir los cambios en la expresión génica".

Un patrón de voltaje específico para activar los genes correctos

Para mostrar que un patrón de voltaje específico era responsable de activar los genes correctos para cada sitio de la herida, el equipo alteró los potenciales de reposo de las células en los diferentes extremos de los gusanos y observó los efectos. Al inducir flujos de iones que configuran cada sitio de la herida a patrones de voltaje específicos para la cabeza o la cola, se pueden crear gusanos planos con dos cabezas y sin cola. También estudiaron la relación entre esta señal eléctrica y la bien conocida vía de señalización de la proteína Wnt, que funciona a continuación de la maquinaria de decisión mediada por voltaje.

Para mostrar que un patrón de voltaje específico era responsable de activar los genes correctos para cada sitio de la herida, el equipo alteró los potenciales de reposo de las células en los diferentes extremos de los gusanos y observó los efectos.

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"La mayoría de las personas que trabajan en este problema estudian las señales genéticas y bioquímicas, como los factores de transcripción o de crecimiento --dice Levin--. Hemos decidido centrarnos en las señales eléctricas, que son una parte muy importante de la comunicación de célula a célula".

Este experto compara las señales eléctricas que estudia su equipo con las que ocurren en el cerebro. "Entra un estímulo y un evento eléctrico desencadena eventos bioquímicos de segundo mensajero en las células y la actividad posterior de la red eléctrica, como la toma de decisiones o la formación de una memoria --señala--. Este sistema eléctrico es muy antiguo y está muy bien conservado".

La investigación futura se centrará en desglosar estas señales con mucho más detalle. Por ejemplo, a los científicos les gustaría saber cómo los tejidos regenerados toman decisiones sobre el tamaño, la forma y la escala de las nuevas partes que desarrollan y cómo los circuitos bioeléctricos almacenan cambios en los patrones corporales, como se ve en los gusanos de dos cabezas que continúan formando animales de dos cabezas en rondas posteriores de regeneración.

"Con tal vez la excepción de las enfermedades infecciosas, la mayoría de los problemas de salud y biomedicina dependen de comprender cómo se unen las células para construir un órgano específico u otra estructura", concluye Levin. "Si podemos descubrir cómo manipular estos procesos, podemos comenzar a desarrollar formas de corregir defectos de nacimiento y abordar todo, desde lesiones traumáticas hasta enfermedades degenerativas, envejecimiento y cáncer", subraya.

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