La investigación sobre la biología celular de los cnidarios ha revelado que estos animales poseen una capacidad regenerativa y una longevidad excepcionales, con algunas especies consideradas prácticamente inmortales, sin embargo, la fuente y naturaleza de las células madre responsables de estas propiedades, especialmente fuera del grupo de los hidrozoos, ha permanecido en gran medida desconocida.
Un estudio publicado en la revista Science Advances, centrado en la anémona de mar Nematostella vectensis, ha permitido identificar y caracterizar una población de células madre multipotentes, lo que arroja luz sobre la evolución y la función de estos sistemas celulares en los animales de ramificación basal.
A diferencia de otros metazoos, donde las células madre multipotentes o pluripotentes están bien definidas, como los arqueocitos en esponjas o los neoblastos en planarias, en los cnidarios la homología de estos sistemas celulares no estaba clara.
En el caso de Hydra, un hidrozoario de agua dulce, se han descrito cuatro poblaciones independientes de células madre, entre ellas las intersticiales (ISC), que generan tanto gametos como células somáticas especializadas. Sin embargo, las ISC solo se han identificado en hidrozoos, lo que planteaba la cuestión de qué células cumplen funciones equivalentes en grupos como los antozoos.
Para abordar este interrogante, los investigadores de la Universidad de Viena recurrieron a Nematostella vectensis, conocida comúnmente como anémona de mar estrellada, como modelo y emplearon una estrategia basada en la expresión de genes marcadores de pluripotencia, como piwi, vasa y nanos, los cuales, conocidos por su papel en la línea germinal y en células madre de diversos metazoos, permitieron rastrear poblaciones celulares con potencial multipotente.
En particular, se identificaron tres genes piwi y dos parálogos nanos (nanos1 y nanos2) en Nematostella, con funciones diferenciadas: mientras el primero se asocia a células progenitoras neuronales, el segundo y los genes vasa parecen estar implicados en la formación de la línea germinal.
El análisis de la expresión de piwi1 y nanos2 mediante líneas transgénicas reporteras reveló que ambos genes se activan en una amplia variedad de tipos celulares, tanto somáticos como germinales.
En animales adultos, la expresión de piwi1 se observó en ovocitos, espermatogonias y células del linaje neuroglandular, incluyendo neuronas, células glandulares y cnidocitos. Por su parte, nanos2 mostró un patrón similar, aunque no se detectó en ovocitos, pero sí en células adyacentes a las gónadas, como los trofocitos, y en el epitelio que rodea la boca y la faringe.
Nanos2 y piwi1: los genes detrás de la inmortalidad celular
La caracterización funcional de estas poblaciones celulares demostró que una fracción significativa de las células que expresan nanos2 se encuentra en ciclo activo, como evidenció la incorporación de EdU, un marcador de proliferación. Además, se identificaron células nanos2 positivas que retienen la marca EdU durante hasta tres meses, lo que indica la existencia de células madre quiescentes o de división infrecuente, un rasgo compartido con otros sistemas de células madre animales.
Un hallazgo destacado del estudio fue el papel esencial de nanos2 en la formación de la línea germinal. Mediante la generación de mutantes ‘knockout’ para éste, utilizando la técnica CRISPR-Cas9, se comprobó que los animales carentes de dicho gen no desarrollan ni ovocitos ni espermatozoides, permaneciendo estériles incluso tras un año de desarrollo.
La ausencia de células germinales primordiales y gametos en estos mutantes se confirmó mediante inmunotinción para la proteína Vasa2, un marcador de la línea germinal. “Lo que explica la esterilidad de los animales después de 12 meses”, según los datos presentados en el documento oficial.
A pesar de su condición estéril, los mutantes nanos2 no mostraron alteraciones en la diversidad ni en la función de los tipos celulares somáticos, así, el análisis transcriptómico de células individuales reveló que la composición de los linajes neuroglandulares y otros tipos celulares somáticos permanecía intacta en los mutantes, lo que sugiere que nanos2 no es indispensable para la diferenciación de estos linajes.
El pasado evolutivo de la inmortalidad en los animales
La coexpresión de nanos2 y piwi1 en las poblaciones progenitoras neuronales y sus derivados, junto con los patrones de expresión observados en las líneas transgénicas, indica que ambos genes participan en la especificación de precursores tempranos que pueden diferenciarse tanto en células germinales como en tipos celulares somáticos del linaje neuroglandular.
Sin embargo, la función de nanos2 parece estar restringida a la formación de la línea germinal, mientras que la diferenciación de linajes somáticos está presuntamente regulada por otros factores, como nanos1.
Estos resultados permiten proponer un modelo en el que una población de células madre multipotentes, identificada por la expresión de piwi1 y nanos2, da origen tanto a células germinales como a la mayoría de los tipos celulares somáticos en Nematostella vectensis, con la posible excepción de las células epiteliales.
El estudio confirma que los genes de multipotencia de la línea germinal, como piwi y nanos, desempeñan un papel central no solo en la formación de gametos, sino también en la generación de tipos celulares somáticos en animales de ramificación evolutiva temprana.
Además, la función ancestral de nanos como determinante clave del establecimiento de la línea germinal se conserva en los metazoos, como lo demuestra la esterilidad de los mutantes nanos2 en Nematostella y la ausencia de células germinales primordiales.
En conjunto, estos hallazgos amplían la comprensión de la biología de las células madre en los cnidarios y sugieren que la utilización de genes de la línea germinal para la generación de células somáticas y germinales es una característica ancestral de los animales, con implicaciones para el estudio de la evolución de la pluripotencia y la regeneración en el reino animal.
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