Investigadores del MIT descubren que la memoria celular funciona como un dial regulador en lugar de un interruptor, lo que podría ampliar nuestra comprensión de la identidad celular y desarrollar tejidos más complejos.
La investigación reciente realizada por ingenieros del MIT ha desafiado la concepción tradicional sobre cómo las células mantienen su identidad. En lugar de funcionar como un interruptor de encendido y apagado, los hallazgos sugieren que la memoria epigenética de las células opera más como un dimmer, permitiendo una expresión génica en un espectro más amplio.
Las células sanas no deberían cambiar de tipo de manera repentina; por ejemplo, una célula de piel no se convierte en una célula cerebral. Esto se debe a la memoria epigenética, que asegura que ciertos genes se expresen y "se bloqueen" a lo largo de la vida de una célula. La falla en este proceso puede provocar enfermedades como el cáncer.
En un estudio publicado en Cell Genomics, el equipo del MIT descubrió que la memoria celular no se establece mediante un simple encendido o apagado, sino a través de niveles intermedios de expresión génica. Al experimentar con diferentes niveles de expresión de un único gen en varias células, los investigadores observaron que muchas células mantenían un estado intermedio, lo que contradice la noción binaria tradicional.
“Nuestro hallazgo abre la posibilidad de que las células se comprometan con su identidad final al fijar genes en niveles específicos de expresión, en lugar de simplemente activarlos o desactivarlos”, afirmó Domitilla Del Vecchio, profesora de ingeniería mecánica y biológica en el MIT. “Esto implica que podría haber muchos más tipos celulares en nuestro cuerpo de los que actualmente conocemos y reconocemos”.
Cada célula comparte el mismo genoma, considerado el ingrediente fundamental para la vida. A medida que una célula se desarrolla, se diferencia en un tipo específico mediante la activación o represión de ciertos genes. La metilación del ADN juega un papel crucial al ayudar a las células a “recordar” su patrón único de expresión génica, estableciendo así su identidad.
El grupo dirigido por Del Vecchio aplica matemáticas e ingeniería genética para comprender los procesos moleculares celulares y desarrollar nuevas capacidades en las células. En investigaciones anteriores, su equipo había explorado cómo la metilación del ADN influye en la fijación de ciertos genes en células ováricas.
A pesar del entendimiento convencional que afirmaba que la metilación del ADN bloqueaba los genes en estados binarios, los resultados obtenidos mostraron que un número significativo de células podía mantener sus genes en estados intermedios. “Encontramos un espectro donde las células expresaban niveles diversos entre encendido y apagado”, explicó Sebastian Palacios, coautor del estudio.
Para comprobar si esta observación era una anomalía o una propiedad establecida, los investigadores realizaron experimentos con células ováricas de hámster, utilizando un gen diseñado para ser expresado a diferentes niveles. Los resultados fueron sorprendentes: las células mantuvieron sus intensidades luminosas correspondientes durante cinco meses, confirmando que la expresión génica es analógica y no binaria.
Estos descubrimientos abren nuevas posibilidades para crear tejidos y órganos artificiales más complejos al ajustar la expresión génica como si fuera un dial, no simplemente un interruptor. Además, complican nuestra comprensión sobre cómo funciona la memoria epigenética para establecer identidades celulares. Esto podría permitir tratamientos más precisos para modificaciones celulares asociadas con tumores resistentes a terapia.
Michael Elowitz, profesor de biología e ingeniería biológica en el Instituto Tecnológico de California, comentó: “Del Vecchio y sus colegas han demostrado maravillosamente cómo surge esta memoria analógica a través de modificaciones químicas en el ADN”. Este avance podría transformar el campo de la biología sintética al permitir programar comportamientos multicelulares permanentes y precisos.
“La complejidad humana está habilitada por la memoria epigenética”, concluyó Palacios. “Y descubrimos que no es lo que pensábamos. Para mí, eso es realmente asombroso”. Esta investigación fue respaldada parcialmente por la National Science Foundation, MODULUS y una beca Vannevar Bush a través de la Oficina Naval de Investigación estadounidense.