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Un equipo del Centro de Regulación Genómica (CRG) de Barcelona ha descubierto que los embriones recién formados maximizan sus posibilidades de supervivencia eliminando las células defectuosas. Es la respuesta inmune innata más temprana encontrada en los animales vertebrados hasta la fecha.
Los hallazgos, que se publican en la revista Nature, pueden ayudar a comprender por qué algunos embriones no son viables en las primeras etapas de su desarrollo e impulsar nuevos estudios clínicos para tratar la infertilidad o los abortos espontáneos.
Un embrión es frágil en las primeras horas después de su formación. La rápida división celular y el estrés ambiental los hacen propensos a la acumulación de errores celulares, que a su vez provocan la muerte esporádica de las células madre embrionarias. Se supone que esta es una de las principales causas de problemas del desarrollo de un embrión antes de que pueda implantarse.
Los organismos vivos pueden eliminar células erróneas usando células inmunes que llevan a cabo esta función. Sin embargo, un embrión recién formado todavía no es capaz de crear estas células especializadas. En el desarrollo de animales, no es raro que los embriones produzcan errores celulares durante la división celular rápida, y estos pueden hacer que todo el embrión falle.
Los científicos han sospechado durante mucho tiempo que hay una respuesta inmunitaria innata que defiende a los frágiles embriones de amenazas como la muerte celular, la inflamación y los agentes infecciosos. Investigaciones recientes han revelado tales respuestas inmunitarias innatas tanto en células madre embrionarias de ratón como en células madre embrionarias humanas.
Pero hasta ahora, nadie lo había visto en acción en las primeras etapas. Este estudio es el primero en explicar cómo los «recolectores de basura» limpian la blástula sin un sistema inmunitario especializado.
Para averiguar si los embriones pueden eliminar las células que mueren en ausencia de un sistema inmunológico, el equipo científico utilizó microscopia de alta resolución para grabar embriones de pez cebra y ratón, dos modelos que se utilizan para estudiar el desarrollo de vertebrados. Descubrieron que las células epiteliales, que colectivamente forman el primer tejido en la superficie de un embrión, pueden reconocer, ingerir y destruir las células defectuosas.
Tejido protector
Es la primera vez que se ha demostrado que este proceso biológico, conocido como fagocitosis epitelial, elimina errores celulares en los embriones recién formados. “Mucho antes de que se formen sus órganos, una de las primeras tareas que realiza un embrión en desarrollo es crear un tejido protector”, afirma Esteban Hoijman, investigador y coautor del estudio. Y añade que la fagocitosis epitelial es un proceso sorprendentemente eficiente gracias a la presencia de protrusiones en forma de brazos en la superficie de las células epiteliales. “Las células cooperan mecánicamente; al igual que las personas que distribuyen comida alrededor de la mesa del comedor antes de cenar, descubrimos que las células epiteliales empujan a las células defectuosas hacia otras células epiteliales, lo que acelera su eliminación”.
Utilizando imágenes in vivo de cuatro dimensiones de ratones y embriones de pez cebra, los autores muestran dos tipos de ‘brazos‘ epiteliales que parecen engullir y destruir estas células apoptósicas.
La primera protrusión se llama copa fagocítica, y ayuda a recoger y tragar el objetivo apoptótico, un proceso conocido como fagocitosis. Esta estructura no es diferente de lo que se ve en los organismos adultos, donde la fagocitosis epitelial mantiene los órganos y tejidos sanos de la infección y la inflamación. La segunda protuberancia es una estructura previamente no descrita que puede empujar mecánicamente objetivos apoptósicos circundantes. En dos horas, de hecho, los autores encontraron que el epitelio embrionario podría eliminar 68 partículas apoptósicas.
«Nuestro estudio propone una nueva función para las células epiteliales en las primeras etapas de la embriogénesis, que se ha conservado evolutivamente en los vertebrados: actúan como carroñeras para eliminar las células muertas,” ilustra Verena Ruprecht, jefa de grupo en el programa de Biología Celular y del Desarrollo del CRG y autora principal del artículo. «Nuestro trabajo puede tener importantes aplicaciones clínicas en el futuro, por ejemplo, a través del desarrollo de nuevos métodos para evaluar la calidad de los embriones en la medicina reproductiva”.
En su trabajo muestran cómo durante el desarrollo temprano de los vertebrados, las células epiteliales se especializan para realizar funciones inmunes fagocíticas en ausencia completa de células inmunitarias. «En etapas posteriores del desarrollo, los fagocitos profesionales se diferencian y pueden compartir sus tareas fagocíticas con células mesenquimales o epiteliales».
Según los autores, el descubrimiento que indica que los embriones exhiben una respuesta inmune antes de lo que se pensaba anteriormente motiva una exploración más profunda del papel de la cooperación mecánica como función fisiológica en los tejidos, la cual aún no se comprende bien, y que podría ser de gran importancia en otros procesos biológicos como la homeostasis y la inflamación de tejidos.
En el trabajo han colaborado científicos de la Universidad Pompeu Fabra y del Instituto de Ciencias Fotónicas de Barcelona, así como de la Universidad París-Diderot.
Referencia:
Hoijman, E., Häkkinen, HM., Tolosa-Ramon, Q. et al. Cooperative epithelial phagocytosis enables error correction in the early embryo. Nature 590, 618–623 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03200-3
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