III (n.9) Diálogo molecular madre-hijo en la primera semana de vida

Natalia López Moratalla

 

1. Las tareas del embrión en su primera semana de vida

La construcción del organismo se inicia con una etapa de crecimiento (multiplicación del número de células por división de cada una en dos), que tiene perfectamente acompasada su velocidad con la velocidad de aparición de componentes específicos de las membranas celulares del embrión bi, tetra, octocelular, etc. El reconocimiento y la interacción específica de estos componentes mantienen las células resultantes de la multiplicación unidas en un conjunto no sólo físico sino también funcional; esto es, una unidad orgánica.

El dinamismo propio de la emisión del mensaje configura la materia en este estadio sincronizando de crecimiento y organización multicelular. La activación inicial (fundamentalmente producida por la elevación de calcio en el citoplasma del cigoto) “libera” o desbloquea la información contenida en él. A su vez, la interacción célula-célula activa las señales intracelulares modificando el estado del genoma: informan a cada de las células de su identidad como parte de un todo bicelular, tetracelular, y así sucesivamente.

Una vez producida la primera división se origina el embrión bicelular y posteriormente tetracelular, como se muestra en la figura

http://www.arvo.net/_imag_cienciafe/FigIII.9.1.jpg,

(sacadas de “Carnegie stages of early human embryonic developmentb http://www.visembryo.com ).

Hasta el estadio de 8 células las blastómeras conforman un grupo de células asociadas. Sin embargo, a partir de la tercera segmentación, los blastómeros realizan al máximo sus contactos entre ellos formando una grupo compacto de células mantenido por uniones estrechas. Este proceso, conocido como compactación, separa una porción de células internas, que se comunican entre sí por uniones en hendidura, de otras células que se disponen exteriormente. Aproximadamente 3 días después de la fecundación, las células del embrión compactado se dividen otra vez para formar una mórula de 16 células. Las células internas de la morula constituyen la masa celular interna (MCI), y las células que rodean a estas constituyen la masa celular externa. Las células de la MCI dan origen a tejidos del embrión propiamente dicho, y las células externas forman el trofoblasto, que más tarde contribuye a la placenta.

Es significativo que la segunda división, la de cada uno de estos blastómeros no se realiza exactamente simultánea en el tiempo en cada uno de ellos. Hay un estadio de tres células y las procedentes del primer blastómero se colocaran hacia el interior de la mórula y serán las células de la masa interna del blastocisto. La figura muestra este proceso (sacado de Piotrowska K. et al., Developement, 128, 3739-3748, 2001):

http://www.arvo.net/_imag_cienciafe/FigIII.9.2.jpg,

A la vez que se van produciendo estas divisiones comienzan a aparecer ordenadamente glicoesfinfolipidos y glicoproteínas de membrana que mantiene el orden celular y señalan a la célula la posición que ocupa en el embrión bi, tetra, u octocelular y estableciendo los ejes del embrión. Con las primeras divisiones se forma la mórula. Se constituyen como un mosaico de células que pueden distinguirse por diversos marcadores que señalan el destino que seguirán después; así, no es asunto de azar entrar a formar parte de la zona interna o externa del embrión de 8 o de l4 células, o más tarde de la masa celular interna, o del trofoblasto del blastocisto. Además de los “pegamentos” específicos de las diferentes etapas en las membranas celulares, la asimetría ya de la primera división y la diferente velocidad de la segunda división (que dará el embrión tricelular) y de la tercera división (que dará el embrión tetracelular) les hace tener una historia diferente (espacial y temporal) y una polarización diversa puntos clave para un crecimiento orgánico. No es el embrión temprano, un tejido homogéneo e indiferenciado: pueden distinguirse por marcadores que además señalan el destino que seguirán.

La figura

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muestra un esquema de la presencia de componentes específicos de membrana en las diversas fases del embrión preimplantatorio. Y la estructura de las proteínas de expresan en las membranas celulares del embrión de 2, 4, 8 o más células (modificadas de Temas 3 de Investigación y Ciencia).

Por tanto, las células resultantes de esas primeras divisiones del cigoto no son un simple amasijo de células vivas, semejantes entre sí y semejantes al cigoto y dotadas cada una de la misma individualidad que éste. A diferencia de lo que sería un grupo de células vivas encerradas bajo una cubierta esférica, sin más relación entre sí que la mera cercanía física, las células del embrión temprano constituyen una única realidad biológica, forman ya un elementalísimo organismo bicelular, tetracelular, etc. Esa unidad procede del hecho de que están comunicadas entre sí. Esas uniones que amarran a las células entre sí hacen que cada una de éstas sintetice y mantenga en su interior señales moleculares que les dan noticia a cada una de la presencia de las otras y les dicen además cómo seguir adelante. Se establece así una conexión de gran precisión entre las células que las ordena en la arquitectura propia de esa etapa.

Los “pegamentos”, algunos de ellos ausentes por completo en las células germinales de sus progenitores, aparecen en un momento preciso, y desaparecen después, también en un momento preciso. Puede decirse que el embrión en este periodo tan temprano de la vida -de unos seis días si se trata de un embrión humano- sólo tiene que ocuparse de seguir estas instrucciones. La madre acumuló en el óvulo alimentos y energía que permitirán al embrión vivir, mientras recorre el largo camino del oviducto que va del extremo superior de la trompa, donde habitualmente comienza su vida, hasta el útero, donde se implantará para seguir recibiendo ayuda hasta estar en condiciones de nacer.

Durante las primeras etapas de desarrollo (los primeros días de vida) el embrión tiene un tamaño de 0.1 - 0.15 mm. En este periodo inicial vivir es fundamentalmente crecer: no en el sentido de aumentar de tamaño, cosa que no podría hacer por estar rodeado de una especie de caparazón, la zona pelúcida, que rodeaba al óvulo del que procede, sino multiplicando el número de células por divisiones sucesivas de la primera, el cigoto. En esta proliferación celular cooperan tanto el embrión como la madre. Tras la primera división, y una vez que las moléculas de adhesión dejan bien “pegadas” las dos primeras células, éstas reciben instrucciones para elaborar otra molécula concreta, la de un receptor, que sitúan en la membrana. Este receptor reconoce, y capta, una molécula de elaboración materna, un factor de crecimiento que insta a una nueva división. Sintetizan este factor de crecimiento las células maternas, primero las de las trompas, y después las del útero, promoviendo en este caso la multiplicación de las células de la masa interna del embrión ya en fase de blastocisto anidado.

La figura

http://www.arvo.net/_imag_cienciafe/FigIII.9.4.jpg,

muestra un esquema de la provisión por parte de la madre de factores necesarios para el desarrollo del embrión, a su paso por las trompas hacia el útero. La fecundación artificial priva al embrión de varios días de las ventajas del entorno materno, disminuyendo así su capacidad de sobrevivencia.

Al finalizar la primera semana de desarrollo, el embrión “eclosiona” (se libera) de la zona pelúcida, agranda ligeramente su tamaño (por un incremento del número de células) y comienza el proceso de implantación (anidación) en la pared uterina, proceso que se completa hacia finales de la segunda semana de desarrollo.

2. Gemelación natural, clonación por gemelación y quimeras

De forma no natural, sino mediante la intervención experimental en el laboratorio, teóricamente podría conseguirse la separación física de las células que constituyen el embrión temprano (hasta que alcanza unas 8 células), despegándolas unas de otras. Si se colocan en el interior de una cubierta adecuada, que remede la cubierta pelúcida natural, cada célula o grupo de células podrían seguir sus divisiones y conseguirse así varias mórulas, que tras implantarlas en uno o varios úteros, adecuadamente preparados, desembocarían en el nacimiento de gemelos clónicos, es decir, réplicas exactas del pequeño embrión inicial. Obviamente un embrión de más días, más desarrollado y avanzado, no puede ser clonado, y mucho menos un recién nacido o un adulto, por la modificación del DNA de la que ya hemos hablado: a medida que avanza el desarrollo embrionario, los genes de cada individuo guardan memoria del avance de la vida. La composición química y la arquitectura de los cromosomas cambian progresivamente de forma irreversible, abriendo unas posibilidades y cerrando otras. En el mensaje inicial, que contenía las instrucciones para que se forme ese individuo, se producen durante el desarrollo, al pasar por cada fase concreta de esa vida naciente, cambios sin retorno.

A veces ocurre una gemelación natural que posiblemente sea debida a que se separan algunas células del embrión temprano y se reagrupan de nuevo, dando lugar a dos unidades de multiplicación celular, que dará lugar a dos embriones, que anidan por separado y originan dos hermanos gemelos monocigóticos. Es importante destacar que la segregación de células no origina, ni significa, partición del embrión, ni de la información genética. Ni mucho menos significa que no sea un individuo. El que los dos individuos gemelos tengan igual información genética no les hace idénticos e indiscernibles biológicamente. Cada actualización del programa configura un ser vivo diferente, e individual, individualizando los elementos materiales con que se construye el organismo. Se individualizan con la actualización y emisión separada del mensaje genético, lo que permite constituir individualidades corporales independientes y con ello diferentes identidades biológicas. No se parte el embrión en dos, sino que una parte de él, por estar en el inicio de la emisión del mensaje, constituyen una nueva unidad de emisión.

Este tipo de gemelación, debida a que es los estados anteriores al blastocisto se separan algunas de las células y reagrupan de nuevo dando lugar a dos unidades de multiplicación celular que dará lugar a dos embriones, que anidan por separado y originan dos hermanos gemelos monocigóticos, pudiera deberse a carencia o disminución de la fuerza de pegado de las proteínas especificas de interacción celular.

Se supone que también puede ocurrir gemelación por separación en dos unidades de las células que constituyen la masa interna del blastocisto. Pues bien, la expresión de la proteína ezrina en las células más externa de la masa interna muestra que, en tal caso, se habían establecido dos procesos de emisión de mensaje genético. En efecto, células de la masa interna aisladas y cultivadas se convierten en epiteliares, ya que la ezrina se relocaliza en la corteza antes de la formación de los microtúbulos y vuelven a diferenciarse a trofoblasto.

Aunque con muy poca frecuencia puede ocurrir que en los primeros pasos del desarrollo embrionario de mamíferos se produzca una fusión embrional. Se funden en uno solo dos embriones hermanos que son gemelos heterocigóticos, engendrados simultáneamente, pero cada uno procedente de la fecundación, por espermatozoides diferentes del mismo padre, de óvulos diferentes de la misma madre. La muerte de uno de los embriones se produce cuando sus células son incorporadas por el otro en un proceso que en realidad constituye un transplante peculiar, es una quimera celular. Esto hará que el embrión receptor manifieste más adelante los caracteres propios de su hermano en las regiones de su cuerpo derivadas de las células incorporadas; algo similar a lo que ocurre en un transplante de riñón, en el que este órgano sigue manifestando los caracteres inmunológicos del donante. Ciertamente el individuo resultante de la fusión embrionaria es un híbrido, en el sentido de que los tejidos de su cuerpo serán un mosaico de células procedentes de las inicialmente suyas y de otras procedentes de las células de su hermano. Se trata de una alteración imprevisible, no determinada en el mensaje genético, del proceso normal del desarrollo en la etapa embrionaria que está posibilitada por la existencia de las moléculas de adhesión situadas en las membranas celulares que unen entre sí células de embriones de la misma edad. En este sentido un organismo mosaico es el resultado de una malformación ocurrida por accidente, sin graves consecuencias para su normal desarrollo ya que el transplante ocurre antes de que haya comenzado el proceso embrionario en que se educa al sistema inmunitario a distinguir lo propio y lo extraño y rechazar lo último.

Es posible también que este fenómeno sea debido al simple paso de un embrión a otro de una célula madre embrionaria en un estadía muy precoz del desarrollo.

En cualquier caso el proceso de gemelación o de fusión sólo se ha analizado in vitro. Los posibles mecanismos por los que se dan estos fenómenos son hipotéticos.

3. Otra tarea del embrión temprano: establecer con una primera diferenciación celular el tejido extraembrionario

El genoma del embrión se activa ya en el cigoto, comienza la expresión de sus genes, sincronizando el crecimiento del todo orgánico con la emisión diferencial del mensaje. Esto es, las células polares situadas en el exterior de la mórula se configuran como tejido extraembrionario: la cubierta que le permitirá el intercambio de materia, energía y señales moleculares para el crecimiento armónico con el exterior y además como primera barrera de defensa en la vida en simbiosis que iniciara con la anidación.

Así con la llegada a “blatocisto” aparecen ya dos tejidos diferenciados: el trofoblasto epidermico que funcionará como “piel embrionaria” y la masa interna que dará lugar posteriormente a los tres tejidos embrionarios. El trofoblasto no es sólo un tejido "extraembrionario", que dará lugar a la placenta, necesaria e imprescindible para la comunicación con la madre en la gestación. Es un componente del sistema inmunitario innato con un papel esencial en la defensa frente a infecciones bacterianas durante la vida intrauterina. Como trataremos en la nota siguiente, para organizar la respuesta immune en la interfase útero-placenta tiene lugar un "dialogo molecular" materno-filiar en el que el factor CSF-1 (liberado por células del sistema inmunitario de la madre presentes en las trompas) se une a receptores específicos del trofoblasto del embrión y activan dichas células.

Pues bien, para alcanzar esta primera diferenciación celular, el cigoto debe utilizar productos génicos embrionarios muy pronto en el desarrollo. A pesar de que el embrión humano la transcripción del genoma embrionario parece más marcada a partir del estadio de 8 células, existe evidencia que indica que se produce síntesis de ARN a partir del estadio cigoto (Tesarik y Kopecny, 1989; Daniels et al., 1997; Edwards y Beard, 1997). En el estadio de 8 células algunos blastomeros tienen niveles elevados de síntesis de ARN mientras otros blastomeros muestran aún el patrón mostrado por blastómeros de embriones de 4 células. Estos resultados sugieren que, además del momento en que se produce la transición del control materno al embrionario del desarrollo, parecen existir diferencias entre los blastómeros en el momento que se produce dicha transición.


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Natalia López Moratalla

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