En la mitosis, la célula duplica sus cromosomas y luego los separa. La compleja dinámica de la mitosis es bien conocida en las células somáticas, pero sigue siendo difícil de alcanzar en las células embrionarias.
Estudiar la escisión embrionaria es un gran desafío ya que los análisis funcionales in vivo y las imágenes de embriones experimentales son técnicamente limitados.
Ahora, científicos de la Unidad de Dinámica de División Celular del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST), en colaboración con científicos de Nagoya, las Universidades de Tohoku y el Instituto Nacional de Genética, han combinado nuevas técnicas de imágenes para responder preguntas sobre la división embrionaria. Estas tecnologías incluían la edición del genoma CRISPR/Cas9, un moderno sistema de degradación de proteínas y el medaka, o pez de arroz japonés (Oryzias latipes).
Estos vídeos a intervalos ayudan a resolver importantes misterios sobre la mitosis de los cromosomas durante la división celular temprana en los embriones. Al mismo tiempo, indican direcciones futuras para la investigación científica.
El profesor Tomomi Kiyomitsu, autor principal del estudio, describe los intervalos como «hermosos, tanto en sí mismos como porque sientan una nueva base para dilucidar la división embrionaria».
Una de las etapas críticas en la división embrionaria es la alineación e incluso la partición de los cromosomas, que contienen toda la información genética de la célula, en células hijas. El huso mitótico entra en escena en esta etapa. Los microtúbulos son fibras proteicas largas que ayudan en la formación de células y en el transporte de sustancias; Forman el huso mitótico. Estos microtúbulos se unen a los cromosomas en el centro del huso después de extenderse desde dos extremos opuestos. Durante la división celular, el huso garantiza que los cromosomas duplicados se recopilen de manera adecuada y se distribuyan uniformemente entre las células hijas.
Una proteína conocida como Ran-GTP es uno de varios elementos que influyen en la forma en que se forma el huso. Debido a que las células reproductoras femeninas carecen de centrosomas y de orgánulos que ensamblan los microtúbulos, Ran-GTP es particularmente importante durante la división celular en estas células, pero no en células somáticas más pequeñas que contienen centrosomas. Sin embargo, aún no se ha aclarado si se requiere Ran-GTP para el ensamblaje del huso en embriones tempranos de vertebrados. Aunque hay centrosomas, estos embriones son únicos debido a cosas como más células gigantes, que pueden haber afectado el proceso de una manera diferente.
Los embriones de peces son fáciles de rastrear porque son transparentes y crecen en una sola capa, a diferencia de los primeros embriones de mamíferos. Los peces Medaka pueden tolerar una amplia gama de temperaturas, poner huevos a diario y tener un genoma pequeño, lo que los convierte en una excelente opción para las investigaciones de los investigadores. Es ideal para fotografías a intervalos en vivo de larga duración, ya que puede soportar la temperatura ambiente.
Los peces Medaka son un candidato ideal para la edición del genoma CRISPR/Cas9. Al modificar genéticamente estos peces para hacer que sus células embrionarias brillen, los investigadores pueden monitorear la dinámica de proteínas específicas involucradas en la división celular.
Al examinar embriones medaka vivos genéticamente modificados, los científicos descubrieron que los embriones tempranos se diferencian de otros tipos de células durante la división celular formando un huso distinto. Además, descubrieron que, si bien Ran-GTP es esencial para la formación del huso en los embriones tempranos, su importancia disminuye con el desarrollo embrionario posterior. Esto puede deberse a que las células se encogen durante el desarrollo, lo que da como resultado una estructura de huso diferente, aunque se necesita más investigación para verificarlo.
Según los investigadores, el punto de control del ensamblaje del huso, un proceso presente en la mayoría de las otras células, está ausente en las células embrionarias tempranas. Este punto de control verifica la alineación de los cromosomas para garantizar que sea correcta antes de la división celular.
Profesor Kiyomitsu cree, «El punto de control no está activo, pero la segregación cromosómica sigue siendo muy precisa. Esto podría explicarse por el hecho de que las células embrionarias necesitan dividirse muy rápidamente, pero esto es algo que queremos estudiar más a fondo».
Aunque el profesor Kiyomitsu y su equipo creen que esto es sólo el comienzo, el estudio y la manipulación genética de embriones tempranos de peces medaka ha revelado importantes conocimientos sobre la división celular embrionaria. Les fascinan cuestiones como por qué las células embrionarias tempranas carecen del punto de control del ensamblaje del huso y por qué la función Ran-GTP disminuye durante el desarrollo embrionario. La simetría que ven en la división celular (cómo el huso divide las células de manera uniforme y siempre se alinea en el medio de la célula) también les fascina.
El grupo tiene la intención de aumentar el número de líneas de peces medaka transgénicos para continuar su investigación más allá de las observaciones de seguimiento. Estas líneas se utilizarán para desarrollar técnicas de edición del genoma y proporcionar modelos para estudiar células embrionarias. Esperan investigar el desarrollo del ensamblaje del huso y las divisiones embrionarias en el futuro y ver si estas conclusiones se aplican a otros animales. Esta comprensión más profunda puede proporcionar información sobre el desarrollo fetal humano y ayudar a identificar y controlar los problemas de infertilidad.
A través de este estudio, los investigadores han sentado una base sólida y han abierto nuevos horizontes.
Referencia de la revista:
- Kiyomitsu, A., Nishimura, T., Hwang, SJ et al. Ran-GTP ensambla una estructura de huso especializada para una segregación cromosómica precisa en embriones medaka tempranos. Nat Comuna 15, 981 (2024). Identificación digital: 10.1038/s41467-024-45251-s