El código Morse de las células: sincronización bajo estrés, los secretos de DAF-16 y la conexión con FOXO en humanos

Científicos de los Países Bajos y España han demostrado que las células del gusano C. elegans sincronizan su crecimiento y su adaptación al estrés mediante patrones rítmicos precisos de la proteína DAF-16, homóloga del factor FOXO en humanos.

Según investigaciones de AMOLF y Nature Communications, este mecanismo funciona como una señalización rítmica semejante a un código Morse biológico: cada célula recibe y transmite señales de insulina en impulsos coordinados, permitiendo que todo el organismo ajuste colectivamente su crecimiento en respuesta a condiciones adversas.

Los experimentos se realizaron en los laboratorios de AMOLF en Ámsterdam y la Universidad de Sevilla, bajo la dirección de Jeroen van Zon y con la participación de María Olmedo. Los resultados muestran que, bajo diferentes tipos de estrés —inanición, exceso de sal o calor—, DAF-16 se desplaza entre el citoplasma y el núcleo celular en pulsos perfectamente sincronizados en todas las células.

Según los datos obtenidos, la señal de insulina induce la translocación nuclear de DAF-16 cuando el gusano enfrenta estrés constante. Así, las células detienen su crecimiento al activarse la respuesta genética correspondiente.

En situaciones de inanición, se observa un ritmo regular de entrada y salida de la proteína; ante estrés osmótico, los pulsos son más irregulares y su frecuencia aumenta con la concentración de sal. AMOLF compara esta dinámica con la transmisión de mensajes en “código Morse” a nivel celular.

El análisis detallado de estos pulsos indica que la sincronización entre células es casi total, con diferencias de solo uno a tres minutos entre distintas posiciones corporales. Sin importar el tipo de estrés —nutricional, osmótico o térmico—, las oscilaciones nucleares de DAF-16 ajustan el ritmo colectivo, de modo que todas las células detienen y reactivan el crecimiento simultáneamente.

“El ritmo con el que DAF-16 entra y sale del núcleo celular determina si el gusano crece o no”, expresó Burak Demirbas, de AMOLF.

Esta coordinación resulta esencial para mantener la proporción corporal. Si cada célula respondiera únicamente a su propio entorno, el organismo perdería simetría y proporción. Por ello, el estudio subraya que las señales sincronizadoras son determinantes en la evolución del control del crecimiento en organismos multicelulares.

Los experimentos muestran que mutaciones en los genes principales de la vía de la insulina, como daf-2 y akt-1, alteran la duración y la amplitud de los pulsos, pero no eliminan la sincronización global. Solo cuando DAF-16 está completamente ausente —en modelos mutantes— las células dejan de arrestar el crecimiento bajo estrés, lo que confirma el papel directo de la proteína en la adaptación fisiológica.

Al analizar diferentes intensidades y tipos de estrés, los investigadores observaron que el calor provoca una translocación nuclear rápida y marcada por un solo pulso, cuya duración aumenta según la temperatura. La inanición, en cambio, origina oscilaciones periódicas y sostenidas.

Además, se comprobó que la expresión de genes dependientes de DAF-16 varía no solo según la cantidad total de estrés, sino también por la cadencia de los pulsos, lo que sugiere una codificación temporal en la respuesta celular.

El equipo de AMOLF extendió sus observaciones a líneas celulares humanas. Al simular restricción de nutrientes, detectaron que la proteína FOXO3A —homóloga de DAF-16— presenta patrones de translocación nuclear rítmica y sincronizada similares a los observados en el gusano, lo que apunta a un mecanismo conservado a lo largo de la evolución, desde invertebrados hasta mamíferos.

La señalización rítmica de la insulina y la actividad de los factores FOXO, tanto en gusanos como en humanos, abre nuevas pistas para comprender enfermedades asociadas a la señalización de la insulina, como la diabetes, el cáncer y los trastornos vinculados al envejecimiento. Los estudios destacan que la regulación coordinada de estos factores regula el crecimiento de tejidos y órganos y protege frente a condiciones adversas.

El modelo de C. elegans permite vislumbrar cómo los mecanismos celulares de sincronización, basados en señales parecidas a un código Morse, ofrecen claves para descifrar procesos esenciales que también ocurren en el organismo humano.