El despertar del genoma del cigoto a lo largo del tiempo. La disminución del tamaño de las células individuales desencadena la transcripción temprana de las proteínas embrionarias. Crédito: Matt Good/Penn Medicine/Cell Press
El tamaño de las células provoca el despertar del genoma en los embriones
19 de junio de 2019 | Historia original de Penn Medicine
Las transiciones son un sello distintivo de la vida. Cuando las plantas latentes florecen en la primavera o cuando un adulto joven se marcha a vivir por su cuenta, hay cambios en los controles. Del mismo modo, hay una transición durante el desarrollo temprano cuando un embrión sufre cambios bioquímicos, pasando de ser controlado por moléculas maternas a ser gobernado por su propio genoma.
Por primera vez, un equipo de la Escuela de Medicina de Perelman de la Universidad de Pensilvania encontró que la activación embrionaria de su genoma no ocurre de una sola vez, sino que sigue un patrón específico controlado principalmente por los diversos tamaños de sus células. Los investigadores publicaron sus resultados esta semana como la historia de portada en la revista Developmental Cell.
En un embrión temprano que sufre divisiones celulares, el ARN y las proteínas maternas regulan el ciclo celular. Los genomas del cigoto, un término empleado para el óvulo fecundado, están inicialmente en modo suspendidos. Sin embargo, en un momento de la vida temprana del embrión, estos núcleos cigóticos “despiertan” y la expresión de sus genomas toma el control bioquímico sobre el desarrollo posterior del embrión. Sin embargo, se desconocía cómo un embrión “reconoce” cuándo someterse a esta transición.
“El cómo un embrión 'entrega' el control del desarrollo de la madre al cigoto es una cuestión fundamental en la biología del desarrollo”, dijo el autor principal Matthew C. Good, PhD, profesor asistente de Biología Celular y del Desarrollo y de Bioingeniería. “Anteriormente no se apreciaba que diferentes regiones de un embrión de vertebrados podían someterse a la activación del genoma en diferentes momentos, o cómo el tamaño celular regula directamente el despertar del genoma del cigoto”.
En los últimos 40 años se han propuesto diferentes hipótesis para explicar cómo un embrión discierne cuándo encender el nuevo genoma de las células individuales dentro del cigoto, pero fue el equipo de Penn quien comenzó a desentrañar el mecanismo y respondió a esta pregunta clave.
Utilizando imágenes de una sola célula de embriones de la rana africana (Xenopus laevis), encontraron que el tamaño de la célula es el parámetro clave que rige el inicio de la activación del genoma en cigotos. Las células deben superar un umbral de tamaño, para iniciar la transcripción de sus propias proteínas a gran escala. Generando embriones en miniatura, el equipo demostró que los cambios en el tamaño celular controlan el momento de la activación del genoma.
Los resultados de este estudio tienen una serie de implicaciones importantes para la comprensión básica de cómo se desarrolla un embrión en sus primeros días y para el campo de la biología del desarrollo en general. El equipo de Penn cree que este hallazgo podría afectar la forma en que otros investigadores abordan su propia investigación sobre la activación del genoma y la detección de factores maternos que son necesarios para controlar la fidelidad del desarrollo temprano de embriones.
“Para obtener nuevos conocimientos, la transcripción cigótica debe medirse a un nivel de una sola célula", dijo el primer autor Hui Chen, PhD y becario postdoctoral en el laboratorio de Good. “Este enfoque nos ayudó a no soslayar la influencia de la organización espacial de las células de un embrión en la transición materno-cigótica”.
La “decisión” de iniciar la activación del genoma cigótico se toma a nivel de células individuales, no de todo el embrión, lo que ha cambiado la visión del equipo de Penn sobre el proceso de desarrollo. “La evolución ha cooptado el tamaño celular como mecanismo regulador para controlar una transición crítica en el desarrollo embrionario, un paradigma que puede extenderse a otras áreas de la biología en las que el tamaño celular varía”, dijo Good. Él y Chen planean continuar este trabajo midiendo la activación del genoma en ratones y peces cebra para ver si esta nueva perspectiva se corrobora en otras especies.
Este artículo ha sido republicado a partir del material proporcionado por Penn Medicine y editado para adecuar su longitud y contenido.
Referencia: Chen, H., Einstein, L. C., Little, S. C., & Good, M. C. (2019). Spatiotemporal Patterning of Zygotic Genome Activation in a Model Vertebrate Embryo. Developmental Cell, 49(6), 852-866.e7. https://doi.org/10.1016/j.devcel.2019.05.036
Para más información, ver la fuente citada.
