Se ha demostrado que la proteína inhibidora regula el relé de señalización nodal durante el modelado de tejidos – ScienceDaily

Esta proteína inhibitoria es fundamental durante las primeras etapas de la vida, cuando el destino de las células madre embrionarias está determinado por la vía de señalización nodal, según biocientíficos de la Universidad de Rice.

Los experimentos del laboratorio Aryeh Warmflash de Rice y dirigidos por la investigadora postdoctoral Lizhong Liu visualizaron por primera vez el mecanismo por el cual Nodal y Lefty interactúan para especificar el plano corporal futuro en un embrión de mamífero.

Sus resultados se muestran en el diario de acceso abierto. Comunicaciones de la naturaleza.

El estudio muestra no solo cómo las moléculas de señalización nodal, conocidas como morfógenos, son controladas por Lefty, sino también que las proteínas nodales pasan directamente de una célula a otra, lo que desencadena la transcripción de nuevos nodales por parte del receptor. Al mismo tiempo, una onda de transcripción Lefty se activa transitoriamente en las células cuando reciben Nodal por primera vez, lo que regula la velocidad de la onda.

«Básicamente, mostramos que en lugar de formar gradientes de proteínas e instruir a las células para que se conviertan en diferentes tipos de células, las moléculas involucradas no se propagan en absoluto», dijo Warmflash. «En cambio, las células transmiten la señal para que cada célula produzca la señal y la pase a su vecina, lo que hace que la vecina la produzca y así sucesivamente. Es como un juego en el teléfono».

El modelo experimental único desarrollado por Warmflash y su equipo durante muchos años les permite ver las primeras etapas de la gastrulación, durante las cuales ocurren las etapas iniciales de diferenciación. Las colonias circulares de células no se parecen a los embriones y siguen una ética establecida, pero las células se comunican y reaccionan de manera realista a medida que se diferencian en tres capas germinales características: el ectodermo, el mesodermo y el endodermo, desde el centro hacia el borde.

Pero, en realidad, visualizar la proteína nodal ha sido un problema hasta ahora. Para el nuevo estudio, Liu encontró una manera de agregar etiquetas fluorescentes a la proteína nodal que no perjudicó la gastrulación de ninguna manera.

«Teníamos que asegurarnos de que la etiqueta fluorescente no afectara la función», dijo Liu, quien pasó dos años buscando una solución. «Debido a que la etiqueta es tan grande, esencialmente la mitad de la molécula combinada con la proteína nodal, no sabíamos si afectaría la secreción (por las células) o la propagación».

Una vez que se aseguró que la etiqueta era benigna, el laboratorio comenzó a monitorear la progresión de Nodal por hasta 42 horas en varias configuraciones de colonias y con o sin las dos variantes humanas de Lefty. Descubrieron que sin la presencia de Lefty, la propagación del nudo hacia el centro de la colonia progresó mucho más rápidamente.

Liu dijo que la capacidad de rastrear proteínas individuales en un sistema de mamífero podría conducir a avances sobre los mecanismos por los cuales el morfógeno y su inhibidor reclaman sus territorios.

Tradicionalmente, se cree que surgen patrones porque algunas proteínas se propagan más rápido que otras, dijo Liu. La actividad del nodo local podría provocar la producción de Lefty, que se propaga más allá de Nodal y limita la señal a un territorio de un tamaño determinado, teoría que cree que no ha sido contrastada con rigor.

Para sorpresa de los investigadores, la observación directa de moléculas endógenas no mostró signos de difusión nodal. En cambio, la onda que se mueve hacia adentro es el resultado de nuevas proteínas nodales producidas por cada célula que luego provoca que su vecino haga lo mismo.

El laboratorio pudo demostrar que esto es esencial para la ola al crear células que carecen de la proteína nodal. Estas celdas pueden recibir la señal pero no transmitirla a sus vecinas.

Los investigadores también encontraron que, si bien Lefty no se propagó en sus experimentos de gastrulación, puede moverse en un rango mucho más largo en otros contextos.

«Queremos entender qué determina la difusividad de las proteínas Lefty de una manera dependiente del contexto», dijo Liu. «¿Es porque las dos variantes del Lefty humano muestran diferentes patrones de difusividad y expresión? Es difícil responder a esta pregunta, porque son muy similares tanto a nivel de ADN como de aminoácidos. Tendremos que encontrar una forma de distinguirlos». .

“Otra cosa que nos interesa es cómo Nodal y Lefty colaboran con otros cofactores para definir el eje del cuerpo”, dijo. «¿Dónde está la cabeza, dónde está la cola, dónde están los lados izquierdo y derecho? Sabemos que Nodal trabaja con correceptores para hacer esto en el pez cebra, pero en células de mamíferos superiores, el correceptor podría ser fundamentalmente diferente».

Los coautores del estudio son Luisa Rezende, estudiante de posgrado en Rice; Ji Yoon Jung, ex alumno de Rice, graduado de Georgia Tech; Cecilia Guerra, técnica en arroz; la exalumna de Rice Anastasiia Nemashkalo, investigadora postdoctoral en el Laboratorio Nacional de Los Álamos; la alumna de Rice Sapna Chhabra, investigadora postdoctoral en el Laboratorio Europeo de Biología Molecular en Heidelberg, Alemania; y estudiante de Rice Idse Heemskerk, profesor asistente de física y biología celular y del desarrollo en la Universidad de Michigan. Warmflash es profesor asociado de biociencias y bioingeniería y miembro del CPRIT.

La Fundación Welch (C-2021), la Fundación Nacional de Ciencias (1553228), los Institutos Nacionales de Salud (R01GM126122) y la Fundación Simons (511079) apoyaron la investigación.