Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte descubrieron que la difusión juega un papel inesperado en la diferenciación celular durante las primeras etapas de desarrollo en los embriones de Drosophila, o moscas de la fruta. En lugar de difundir una señal molecular, se descubrió que la difusión facilitabaa través de una molécula portadora, en realidad concentra la señal en un lugar. Este mecanismo de "difusión facilitada" se ha encontrado previamente en otros sistemas, y el nuevo hallazgo indica que puede estar más extendido de lo que se pensaba.
El desarrollo de Drosophila tiene lugar rápidamente, con solo 24 horas desde el momento de la fertilización hasta que emerge una larva del huevo. Para este estudio, los investigadores se centraron en una ventana de desarrollo de dos horas, desde el comienzo de la segunda horaal final de la tercera hora. Al comienzo de esta etapa, el embrión consiste en una célula grande, con aproximadamente 500 núcleos que rodean la yema. Al final de la tercera hora, el embrión consta de aproximadamente 8,000 células nucleadas, aúnrodeando la yema.
"Estas 8,000 células están comenzando a diferenciarse, algunas se están convirtiendo en neuronas mientras que otras serán células de la piel, y así sucesivamente", dice Greg Reeves, profesor asistente de ingeniería química y biomolecular en NC State y autor correspondiente de un artículo sobreel trabajo ". Lo que observamos es cómo el embrión en desarrollo envía señales a todas estas células para que sepan diferenciar".
Durante las primeras etapas de desarrollo, los embriones transmiten señales a las células a lo largo de dos gradientes que son básicamente latitudinales y longitudinales. La combinación de ambas señales les dice a las células en qué se desarrollarán. En este artículo se tratan las señales de gradiente dorsal, que son transcripcionesLos factores de transcripción son proteínas que se unen al ADN en un núcleo y regulan la expresión génica. Debido a que los núcleos en esta etapa de desarrollo no están separados por las paredes celulares, estas proteínas dorsales pueden desplazarse fácilmente de un lugar a otro a lo largo de la periferia del embrión..
Pero estas proteínas dorsales se mantienen inactivas por una proteína inhibidora llamada Cactus, que se une a Dorsal, formando un complejo Dorsal-Cactus que no puede entrar en un núcleo.
Para hacer su trabajo, las proteínas dorsales dependen de las proteínas Toll, que desencadenan una cascada que finalmente degrada las proteínas dorsales que liberan Cactus para ingresar a un núcleo y unirse al ADN. Y las proteínas Toll, a su vez, solo comienzan a hacer su trabajoa lo largo del lado ventral del embrión.
Esa descripción ha sido la explicación de larga data de cómo funciona este proceso, pero Reeves y su equipo ahora han demostrado que hay más.
En este caso, los investigadores han descubierto que la difusión juega un papel clave, pero no necesariamente el papel que esperaban.
"Por lo general, la señal comienza en un lugar, luego se difunde para crear el gradiente", explica Reeves. "Lo que sucede aquí es esencialmente lo contrario de eso".
Específicamente, a medida que Toll degrada el Cactus, lo que permite que Dorsal ingrese a los núcleos, crea un desequilibrio: hay más complejos Dorsal-Cactus en un lado del embrión que en el otro. Esto lleva a complejos adicionales de Dorsal-Cactus a migrar hacia ellado ventral, por difusión, en un intento por restablecer el equilibrio.
"El efecto neto del proceso es que se depositan más dorsales en el lado ventral", dice Reeves. "Cactus no es solo un inhibidor, como pensábamos anteriormente, también sirve como portador".
"La ventaja de este mecanismo de difusión facilitado es que amplifica efectivamente la señal de las proteínas dorsales", dice Reeves.
Y en los embriones con escasez de proteínas dorsales, el mecanismo también concentra Dorsal en el área donde es más importante, lo que aumenta la probabilidad de que el embrión sea viable.
"Este mecanismo de difusión se ha encontrado previamente en ranas y otros sistemas independientes", dice Reeves. "Encontrarlo aquí sugiere que puede ser más frecuente de lo que pensábamos. Y si es de naturaleza prevalente, eso puede indicar una eficienciaeso podría informar el desarrollo de técnicas que podrían usarse para aplicaciones como la administración de medicamentos. Sería un largo camino por recorrer, pero vale la pena estudiarlo ".
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Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Carolina del Norte . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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