Aunque el desarrollo embrionario es muy similar en las diferentes especies de mamíferos – con los embriones siendo casi indistinguibles entre sí durante la embriogénesis – la velocidad a la que se desarrollan las diferentes especies es muy variable. Por ejemplo, un embrión humano tarda 60 días en llegar a la misma etapa que un embrión de ratón de 20 días.
El equipo dirigido por Miki Ebisuya en el Instituto Europeo de Biología Molecular – Barcelona (EMBL Barcelona) ha estado estudiando este fenómeno durante varios años. Ahora, han creado un ‘zoológico de células madre‘ que representa seis especies de mamíferos diferentes para comparar su desarrollo en el laboratorio.
El equipo utilizó modelos in vitro de embriones de humanos, ratones, monos tití, conejos, vacas y rinocerontes para intentar encontrar una explicación de las diferencias entre especies en la velocidad de desarrollo. Hicieron esto recapitulando su reloj de segmentación – la expresión génica oscilatoria que controla la formación de los segmentos corporales que darán lugar a las vértebras que forman la columna vertebral.
El zoológico de células madre consta de seis especies de mamíferos y se ha utilizado para estudiar el reloj de segmentación, la expresión génica oscilatoria que forma las vértebras.
«La razón para estudiar el reloj de segmentación es que la columna vertebral se forma de manera modular – una nueva vértebra se añade con cada oscilación, una a una», explica Jorge Lázaro, un estudiante de doctorado en el laboratorio y primer autor del artículo. La frecuencia de estas oscilaciones génicas es diferente en cada especie, con algunos animales mostrando oscilaciones más rápidas que otros. Por lo tanto, el reloj de segmentación sirve como un sistema adecuado para comparar el tiempo de desarrollo entre especies.
La primera hipótesis del grupo, que el desarrollo era más lento en animales más grandes, resultó no ser correcta, ya que las células del rinoceronte oscilaban más rápidamente que las humanas, y las del pequeño mono tití eran más lentas que las humanas.
Sin embargo, observaron que el período oscilatorio del reloj de segmentación se correlacionaba con la velocidad de las reacciones bioquímicas, sugiriendo que los cambios de velocidad en las reacciones bioquímicas podrían ser un mecanismo general para controlar el ritmo del desarrollo. El grupo de Ebisuya ya había visto algo similar en ratones y humanos, pero el trabajo actual lo ha ampliado a otras especies de diferentes taxones.
«Para confirmar si estos resultados podrían constituir un principio universal del desarrollo de los mamíferos, es necesario ampliar el zoológico e incluir una gama más amplia de especies y filogenias«
Miki Ebisuya, líder del grupo en el EMBL Barcelona
El zoológico de células madre también podría ser útil para investigar otras características de animales que son difíciles de mantener en el laboratorio. «Muchos animales tienen características particulares que los hacen interesantes de estudiar, como el tamaño de un rinoceronte o el cuello largo de las jirafas, pero por razones prácticas o éticas no tenemos acceso a ellos en el laboratorio. Nuestro zoológico de células madre podría ayudarnos a aprender más sobre diferentes especies de mamíferos fuera de los modelos clásicos de humanos y ratones», concluye Lázaro.
Células de rinoceronte con el reportero fluorescente que nos permite observar las oscilaciones de la expresión génica, que aumenta y disminuye de forma periódica.
Ebisuya M., et al. A stem cell zoo uncovers intracellular scaling of developmental tempo across mammals Cell Stem Cell 20 June 2023. 10.1016/j.stem.2023.05.014
