Esta comunicación permite la correcta formación de la cabeza y las extremidades del embrión del pollo, rompiendo así su eje de simetría para distribuir las partes de su cuerpo

La modificación determina las sucesivas transformaciones que sufren cada una de las células

Una investigación del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en la que han colaborado la Universidad Complutense de Madrid y la Univesity College London ha descubierto un mecanismo de comunicación entre las células del embrión del pollo por medio de señales químicas que hace posible la diferenciación entre sus distintas partes. Se trata de un proceso en donde se produce un evento fundamental como es la rotura de la simetría radial del embrión, de modo que éste adquiere las coordenadas espaciales que determinan dónde se distribuyen más tarde los lados derecho e izquierdo, las partes ventral y dorsal, o la cabeza y la cola del embrión. El estudio acaba de publicarse en la revista Scientific Reports.

Una vez la célula ha sido fecundada, comienza un proceso de división celular por el que ésta se transforma en un embrión con miles de células. Toda esta transformación ocurre en un corto periodo de tiempo: “Al llegar a este punto del desarrollo embrionario, las células son aún equivalentes ya que todas ellas mantienen la potencialidad de dar lugar a los tejidos que conforman el organismo”, asegura Federica Bertocchini, investigadora del CSIC en el Instituto de Biomedicina y Biotecnología de Cantabria. “Pero, poco a poco, —asegura— cada una pierde esta potencialidad y adquiere un destino particular que la llevará a convertirse, por ejemplo, en una célula del riñón, del corazón o del cerebro”.

Cambios en la simetría del embrión

El trabajo de investigación en la que también han colaborado Clemente Arias, Miguel Herrero y Claudio Sterna, se ha hallado que la rotura de la simetría radial se produce en una etapa muy temprana, incluso antes que las coordenadas espaciales distribuyan las partes del cuerpo. Las células del embrión temprano se comunican entre sí a través de señales químicas (denominadas BMP4 y Vg1). Aunque en un principio las células producen tanto BMP4 como Vg1, a medida que se desarrolla el embrión, unas comienzan a producir exclusivamente una u otra, dependiendo de su posición en el embrión. “A las pocas horas se diferencian claramente dos zonas en el embrión, una donde únicamente se expresa BMP4, y otra donde exclusivamente aparece Vg1 que, a su vez, serán los polos anterior y posterior del embrión respectivamente”, apostilla Bertocchini.

Para saber cómo las células que en principio son similares producen una u otra señal química, expresándose en polos opuestos, los investigadores trabajaron con modelos matemáticos y experimentales: “Hemos trabajado con pollo porque es uno de los animales modelo en el estudio del desarrollo embrionario de los amniotas (mamíferos, aves y reptiles)”, aclara la investigadora. Los modelos matemáticos más utilizados en embriología son los conocidos como modelos de reacción-difusión. Estos modelos son capaces de reproducir los patrones espaciales que se observan en muchos sistemas biológicos.

Sin embargo, su inconveniente radica en que se basan en mecanismos físicos o químicos. Por ello, los investigadores han propuesto un modelo alternativo: “Este trabajo se basa en mecanismos biológicos que tienen lugar en las células del embrión. Tanto BMP4 como Vg1 se unen a receptores específicos en la membrana de las células, lo que desencadena unos procesos que activan o inactivan la producción de BMP4 o Vg1. De este modo el comportamiento de cada célula está condicionado por el de sus vecinas”, asegura Bertocchini. Este modelo explora las consecuencias de este mecanismo biológico en las células del embrión y explica, a su vez, la rotura de la simetría inicial, con la consecuente formación y distribución de las diferentes partes del embrión.

Clemente F. Arias, Miguel A. Herrero1, Claudio D. Stern3 and Federica Bertocchini. A molecular mechanism of symmetry breaking in the early chick embryo. Scientific Report. DOI: 10.1038/s41598-017-15883-8

Foto: Embrión de pollo antes de ovodeposición. / Instituto de Biomedicina y Biotecnología de Cantabria