El músculo juega un papel sorprendente en la regeneración de tejidos

Los investigadores del Whitehead Institute han identificado distintos subconjuntos musculares que organizan y modelan el crecimiento.

Nicole Davis | Instituto Whitehead

Investigadores del Instituto Whitehead han revelado un papel importante para diferentes subtipos de células musculares en la orquestación del proceso de regeneración de tejidos.

En un artículo que aparece en línea hoy en  Nature , revelan que se requiere un subtipo de fibras musculares en los platelmintos para desencadenar la actividad de los genes que inician el programa de regeneración. En particular, en ausencia de estos músculos, la regeneración no se lleva a cabo. Se requiere otro tipo de músculo, informan, para dar al tejido regenerado el patrón adecuado, por ejemplo, formar una cabeza en lugar de dos.

“Uno de los misterios centrales en la regeneración de órganos y tejidos es: ¿Cómo inician los animales todos los pasos celulares y moleculares que conducen a la regeneración?” dice el autor principal Peter Reddien, miembro del Instituto Whitehead, profesor de biología en el MIT e investigador del Instituto Médico Howard Hughes. “Hemos ayudado a responder a esta pregunta al revelar un sorprendente programa molecular que opera dentro de un subgrupo de células musculares que ayuda a establecer la información molecular necesaria para la regeneración adecuada del tejido después de una lesión”.

Durante más de una década, Reddien y los investigadores de su laboratorio han estudiado los mecanismos biológicos que subyacen a la regeneración en un diminuto gusano plano llamado planaria. Estos gusanos poseen algunas capacidades regenerativas impresionantes: cuando se cortan en dos, cada pieza del gusano puede regenerar las partes del cuerpo necesarias para formar dos organismos completos. En estudios anteriores, el equipo de Reddien identificó un conjunto de genes siempre activos, conocidos como genes de control de posición (PCG), que brindan a las células instrucciones específicas de la región, como un conjunto de coordenadas GPS, que les indican a las células dónde se encuentran en el cuerpo. y así qué parte del cuerpo regenerar. Curiosamente, las PGC están activas en las células musculares planarias, lo que sugiere que el músculo puede desempeñar un papel importante en el proceso de regeneración.

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“Este descubrimiento planteó muchas preguntas sobre cómo participa el músculo en este proceso”, dice Reddien.

En las planarias, hay un puñado de tipos de células musculares. Por ejemplo, si imaginas a los gusanos como simples tubos cilíndricos, hay fibras musculares longitudinales que van de la cabeza a la cola a lo largo del eje longitudinal de los tubos. También hay fibras circulares, que son perpendiculares a las fibras longitudinales y abrazan la circunferencia exterior de los tubos.

Para evaluar las funciones de estos diferentes tipos de células musculares en la regeneración, la primera autora Lucila Scimone y sus colegas necesitaban un método para eliminarlas de forma selectiva. Cuando se inhibe myoD, un gen que se encuentra específicamente en las fibras longitudinales, esas fibras no se forman. Del mismo modo, el gen nkx1-1  marca las fibras circulares, y cuando se reduce su función, no se desarrollan. Utilizando estos genes como escalpelos moleculares, Scimone y sus coautores pudieron probar los efectos de la ablación de estos distintos grupos musculares en la regeneración.

Sorprendentemente, cuando se eliminaron las fibras longitudinales, los resultados fueron espectaculares. Los gusanos viven con bastante normalidad, pero cuando están heridos (por ejemplo, si les quitan la cabeza) no pueden regenerar las partes que les faltan.

“Este es un resultado asombroso; nos dice que estas fibras longitudinales son esenciales para orquestar el programa de regeneración desde el principio”, dice Scimone, científico del laboratorio de Reddien.

A medida que los investigadores profundizaron en el hallazgo, descubrieron que las funciones de dos genes críticos se interrumpen cuando faltan las fibras longitudinales. Estos genes, llamados notum y folistatina, son conocidos por sus funciones fundamentales en la regeneración, controlando las decisiones de cabeza contra cola y la proliferación celular sostenida, respectivamente, después de una lesión tisular.

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Además de este papel esencial de las fibras longitudinales, el equipo de investigación también descubrió un papel clave para las fibras circulares. Cuando faltan estos músculos, las planarias pueden regenerar las partes del cuerpo que faltan, pero lo que vuelve a crecer tiene un patrón anormal. Por ejemplo, se pueden regenerar dos cabezas dentro de una sola excrecencia, en lugar de una.

Estos resultados subrayan un papel importante y previamente no apreciado del músculo, ampliamente conocido por sus propiedades contráctiles, en la instrucción del programa de regeneración tisular. Los investigadores de Whitehead continuarán investigando el papel de diferentes tipos de células musculares en la regeneración de las planarias y también explorarán si otros animales con capacidades regenerativas poseen un programa similar localizado en el músculo para conferir información posicional.

“Es difícil entender qué limita la capacidad de los humanos para regenerarse y reparar heridas sin saber primero qué mecanismos permiten que algunos animales, como las planarias, lo hagan tan asombrosamente bien”, dice Reddien.

Este trabajo fue apoyado por los Institutos Nacionales de Salud, el Instituto Médico Howard Hughes y la Fundación Benéfica Eleanor Schwartz.

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