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
http://www.arvo.net/_imag_cienciafe/FigIII.9.3.jpg,
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
Gentileza
de http://www.arvo.net/
para la BIBLIOTECA CATÓLICA DIGITAL