Los mecanismos de control del destino celular

En la diferenciación celular participan tanto factores de transcripción intracelulares como rutas de señalización extracelulares. Durante la embriogénesis temprana en mamíferos, las células de la masa celular interna (ICM) del blastocisto se diferencian dando lugar al epiblasto y al endodermo primitivo (PrE). Al principio, las células individuales de la ICM coexpresan los factores de transcripción que afectan a esta diferenciación. Posteriormente, los patrones de expresión son mutuamente excluyentes, respondiendo a la señalización extracelular.

Los socios del proyecto financiado por la Unión Europea CELLSTATETRANSITIONS (Capturing transition states associated with lineage decisions in the early mouse embryo) estudiaron de manera detallada estos eventos. El proyecto empleó ESC de ratón como modelo de cultivo celular. Los investigadores desarrollaron líneas celulares que portan genes inducibles por doxiciclina y que codifican factores de transcripción GATA marcados con fluorocromos. Estas proteínas de unión al ADN controlan procesos de diferenciación en la célula mediante la activación o la inhibición de la transcripción. Los socios del proyecto estudiaron la interacción entre la regulación transcripcional y una ruta de señalización en la que participan diferentes factores de crecimiento de fibroblastos (FGF) y proteínas quinasas activadas por mitógenos (MAPK).

Los resultados de CELLSTATETRANSITIONS mostraron cómo los niveles de los factores de transcripción GATA en células individuales influyen en el destino de estas células para diferenciarse en PrE. Los investigadores emplearon imágenes de lapso de tiempo de los factores GATA marcados con fluorocromos en células individuales seguido de la inmunotinción de marcadores de destino celular. Estos descubrieron que la diferenciación celular en PrE requería un umbral de expresión de factores GATA en células individuales. Experimentos de diferenciación celular a diferentes niveles de señalización revelaron que la señalización FGF/MAPK determinaba la proporción de células diferencias mediante el establecimiento del umbral de expresión de factores GATA.

El proyecto demostró que tanto los niveles de expresión de factores de transcripción como la señalización controlan la proporción de células que se diferencian en PrE. El equipo propuso un sencillo modelo matemático para describir los eventos que subyacen a la elección de destino celular y validó este modelo mediante la comparación de dinámicas de expresión simuladas con procesos medidos experimentalmente. Las tres publicaciones científicas resultantes describen un nuevo paradigma para la señalización de las decisiones del destino celular que controla el número de células que se diferencian en epiblasto o en endodermo primitivo. Además del nuevo conocimiento científico, el proyecto fue pionero en la obtención de imágenes multicolor de células vivas para descifrar la estructura de las redes de regulación genética.