Diferentes especies tienen distintos ciclos vitales, con animales más grandes (como los humanos) que viven más y «más lentos» que los más pequeños (como los ratones).
Para averiguar por qué, un grupo de científicos y científicas dirigido por Miki Ebisuya del Laboratorio Europeo de Biología Molecular – Barcelona (EMBL Barcelona) ha reconstituido células madre humanas y de ratón in vitro para analizar por qué su reloj de segmentación, un proceso bioquímico oscilante, tarda unas dos horas en ratones y cinco horas en humanos.
Los resultados muestran que la razón está en el entorno celular individual y en la velocidad de los procesos bioquímicos, incluida la degradación de proteínas y los retrasos en los procesos de expresión génica.
La clave está en la bioquímica
Los y las científicas examinaron un gen maestro llamado HES7, que juega un papel clave en el ciclo de oscilación tanto en ratones como en humanos. Intercambiaron los genes HES7 entre células humanas y células de ratón, con la esperanza de ver un intercambio de la frecuencia de oscilación entre las dos especies, pero para su sorpresa, esto no sucedió.
Luego, el equipo analizó la tasa de degradación de la proteína HES7. Observaron que tanto la versión humana de la proteína HES7 como la de ratón se degradaban más lentamente en células humanas que en células de ratón. También vieron que el tiempo que tardaban las células en traducir el gen HES7 a proteína era significativamente diferente.
«Hemos demostrado que es el entorno celular en las células humanas y de ratón el que marca la diferencia en las velocidades de reacción bioquímica y, por tanto, en las escalas de tiempo implicadas»
Miki Ebisuya (EMBL)
El estudio ha sido la fructífera colaboración del laboratorio de Miki Ebisuya en EMBL con el laboratorio de García-Ojalvo del Departamento de Ciencias Experimentales y de la Salud de la Universidad Pompeu Fabra (DCEXS-UPF), ambas instituciones del Parque de Investigación Biomédica de Barcelona (PRBB) – así como el Centro RIKEN de Investigación de Dinámica de Biosistemas y la Universidad de Kioto.
El laboratorio que dirige Jordi García-Ojalvo ha participado en la realización de estimaciones teóricas y modelización. En concreto, han ajustado las observaciones experimentales a un modelo matemático que calcula, a nivel numérico:
- La vida media de las proteínas y moléculas de ARNm involucradas en este reloj biológico
- Los diferentes retrasos causados por la producción de proteínas (transcripción y traducción genética)
«Esta colaboración es un ejemplo de cómo los modelos matemáticos son importantes para comprender los sistemas vivos»
Jordi García-Ojalvo (DCEXS-UPF)
«Sin el modelo, sería difícil vincular las propiedades microscópicas moleculares a un comportamiento tan macroscópico como la velocidad con la que se forman las vértebras en un animal», concluye el científico.
Matsuda et al. Species-specific segmentation clock periods are due to differential biochemical reaction speeds. Science 18 Sep 2020:Vol. 369, Issue 6510, pp. 1450-1455. DOI: 10.1126/science.aba7668
