Posant el metabolisme al punt de mira del desenvolupament

Sempre s’ha pensat en la glicòlisi com el procés bàsic de producció d’energia en les cèl·lules: el metabolisme bàsic que converteix els sucres en energia. Ara, equips d’investigadors del Laboratori Europeu de Biologia Molecular de Barcelona (EMBL Barcelona) i l’Institut Max Planck GBG de Dresden han descobert de forma independent que exerceix un paper molt més actiu en el desenvolupament embrionari del que es pensava.

Els científics i científiques de l’EMBL Barcelona, en concret del laboratori d’en Vikas Trivedi, van demostrar que la glicòlisi no només impulsa el creixement cel·lular, sinó que també influeix directament en les decisions primerenques sobre el destí de les cèl·lules, al regular vies de senyalització crucials com Wnt, Nodal i Fgf. Utilitzant models embrionaris basats en cèl·lules mare (generats a partir de cèl·lules mare embrionàries humanes i de ratolí), van demostrar que la manipulació de la glicòlisi influeix en el desenvolupament de les cèl·lules cap al mesoderm i l’endoderm (tipus de teixits clau pels músculs, la sang i els òrgans) o cap a l’ectoderm (el futur sistema nerviós). Curiosament, amb la glicòlisi bloquejada, el reforç artificial de les vies de senyalització podia restaurar el desenvolupament normal, però no la glicòlisi, el que revela el doble paper de la glicòlisi:  metabòlic i instructiu.

“Els resultats posen en relleu el paper crucial del metabolisme com a regulador de vies de senyalització específiques que influeixen en les decisions cel·lulars”
Kristina Stapornwongkul, (EMBL Barcelona. IMBA)

L’interessant és que aquestes dues funcions estan desacoblades, diu la Kristina Stapornwongkul, una investigadora del laboratori de Trivedi que ara comença el seu propi grup d’investigació al IMBA de Viena (Àustria). “Des del punt de vista evolutiu, això és apassionant perquè el metabolisme és anterior a la senyalització”, afegeix Trivedi. “Fins i tot els organismes unicel·lulars depenen del metabolisme, mentre que la senyalització va aparèixer més tard en la evolució. Això ha despertat la meva curiositat sobre el paper del metabolisme en l’origen de la multicel·lularitat.

“Aquest estudi marca el començament d’una nova i emocionant direcció pel meu grup”
Vikas Trivedi (EMBL Barcelona)

L’equip de Dresden, dirigit per Jesse Veenvliet, va fer servir intel·ligència artificial per arribar a conclusions similars sobre el paper de la glicòlisi en la direcció de les decisions del desenvolupament de l’embrió.

Van començar abordant la variabilitat existent en les estructures semblants a troncs, un model basat en cèl·lules mare del desenvolupament embrionari del tronc. Fins i tot en condicions idèntiques, alguns models se semblaven més als embrions naturals que d’altres. Els investigadors i investigadores van descobrir que una preferència metabòlica primerenca per la glicòlisi, en comptes de per la fosforilació oxidativa (una altra forma que té la cèl·lula de crear energia), prediu millors resultats de desenvolupament.

Mitjançant l’aprenentatge automàtic i les imatges, van identificar marcadors metabòlics primerencs que pronostiquen l’èxit del desenvolupament. També van demostrar que potenciar la glicòlisi amb fàrmacs millora la consistència i la qualitat d’aquests models. Aquestes troballes obren noves possibilitats per crear models basats en cèl·lules mare més reproduïbles, crucials pel modelatge de malalties, l’assaig de fàrmacs i la biologia del desenvolupament, al temps que es minimitza l’ús d’animals.

En conjunt, aquests estudis marquen un canvi en la forma en què els científics i científiques entenen la relació entre el metabolisme i el desenvolupament. En comptes de ser un procés secundari, el metabolisme -en particular la glicòlisi – dirigeix activament la formació de les estructures corporals des de les primeres passes de la vida.