El hallazgo podría ayudar al avance del conocimiento de las enfermedades que afectan a los músculos de los seres humanos: existen más de 30 enfermedades clasificadas como «distrofias musculares» que causan debilidad y degeneración progresivas de los músculos esqueléticos. El descubrimiento fue liderado por una científica argentina en el Instituto Whitehead del MIT en los Estados Unidos. Descubrieron mecanismos moleculares que hacen que las fibras musculares favorezcan la regeneración del organismo y para que su desarrollo sea adecuado.
Por Valeria Román
Los gusanos planos o «planarias» miden hasta 4 centímetros de largo y son los reyes de la auto-regeneración. Tienen una increíble capacidad para regenerar cualquier parte de su cuerpo gracias a la presencia de una abundante población de células madre que están distribuidas por todo su cuerpo. Se pueden cortar en cientos de pedacitos, y cada uno se desarrollará en otro animal completo. En cambio, las posibilidades de auto-regeneración del cuerpo humano son limitadas, y por eso los científicos buscan entender qué hace que los gusanos tengan la capacidad de volverse inmortales.
Un equipo del Instituto Whitehead de Investigación Biomédica, que depende del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), de los Estados Unidos, que incluyó a la científica argentina Lucila Scimone, encontró mecanismos moleculares que contribuyen a que la regeneración de los gusanos sea posible y a que se desarrollen de manera adecuada. Estiman que el conocimiento generado ayudará a entender mejor qué pasa en las personas que padecen de enfermedades musculares.
«Hay distintas enfermedades que afectan el músculo en seres humanos. En algunas como las distrofias -por ejemplo, la distrofia muscular de Duchenne-, el músculo se degenera. En otras enfermedades, hay un proceso de inflamación en el músculo, como es el caso de la enfermedad autoimmune dermatomiositis. El trabajo que realizamos no ayuda inmediatamente a resolver ninguna de esas enfermedades, pero cuanto más conocimiento haya sobre los mecanismos de regeneración del músculo, más posibilidades tenemos de encontrar soluciones y tratamientos», dijo a Infobae la doctora Scimone, que estudió biología en la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la Universidad de Buenos Aires (UBA).
Ya en el siglo XIX, las planarias atraían a los investigadores. El naturalista escocés John Dalyell las consideraba como el «gusano inmortal bajo la hoja de un cuchillo», pero aún no está claro por qué tienen tanta capacidad de sobrevida. Ni tampoco se sabe bien qué la faltaría a los seres humanos. «No está claro por que en los seres humanos la regeneración de ciertos tejidos es tan limitada -aclaró Scimone-. Por eso, cuanto más podamos entender y aprender de organismos más simples, más chances de aplicar esos conocimientos para resolver enfermedades humanas».
Uno de los grandes misterios en regeneración es cuáles son los primeros pasos y las señales para que el animal comience a regenerar sus órganos y tejidos. En el Instituto Whitehead, ya se había encontrado hace unos años que el músculo expresa genes que dan información sobre la posición dentro del animal. Estos genes son esenciales para que el animal se regenere de manera correcta. Cuando se inactivan esos genes a través de experimentos, el animal regenera de manera anormal: tiene dos cabezas (en vez de una cabeza y una cola) o con dos colas, o regenera con más de una faringe, que usa para comer y defecar simultáneamente. A partir de esos experimentos, surgieron muchas preguntas acerca del rol del músculo en esos organismos.
«En la mayoría de los animales, el músculo se conoce por su función en la locomoción. Además, el músculo forma parte de órganos como el corazón o los intestinos. Pero en las planarias claramente tenía otro rol adicional», remarcó la doctora Scimone. «Nos impulsó a tratar de entender cómo se formaba el músculo en las planarias». Tienen tres tipos de músculo. Uno es el «músculo esquelético» que se encuentra por debajo de la epidermis. Otro es el músculo del intestino y de los órganos sexuales, y el tercer músculo es el de la faringe. En el caso del «músculo esquelético», se encuentra formado por diferentes subcapas de fibras musculares que tienen distintas orientaciones: en la capa más externa, las «fibras musculares circulares» envuelven al animal a lo ancho. Después le sigue una capa de fibras que se orientan diagonalmente y la capa más interna está compuesta de «fibras musculares longitudinales», que van desde la cabeza a la cola del animal.
El último avance del grupo de Scimone, que fue publicado por la revista Nature, fue el descubrimiento de los mecanismos de activación de genes que son claves para que se generen nuevas células y los gusanos sobrevivan, aunque los corten en pedacitos. «Las distintas fibras musculares requieren del encendido de un gen de distintos factores de transcripción para formarse a partir de células madre», explicó la científica a Infobae.
En el caso de las fibras longitudinales, requieren de «myoD», que es un factor de transcripción utilizado por mayoría de los animales y los seres humanos para formar el músculo esquelético. En planarias, ese gen sólo se requiere para formar las fibras longitudinales.
En cambio, las «fibras circulares» requieren de otro factor de transcripción, llamado «nkx1-1». «Descubrimos que distintos subtipos de músculo esquelético en planarias se forman utilizando distintos programas de expresión génica. Esto nos ayudó a entender el rol de los distintos tipos de fibras musculares, porque al usar la tecnología conocida como ARN de interferencia, pudimos desactivar un gen en particular. Si inhibimos «myoD» en las planarias, los animales pueden vivir mucho tiempo, pero las fibras longitudinales no se regeneran.
El resto del músculo no presenta problema alguno y las planarias de a poco empiezan a perder ese tipo de fibras musculares. Cuando cortamos estos animales que no tienen fibras longitudinales, los animales no pueden regenerar las partes que le faltan. Esto es bastante increíble porque demuestra que las fibras musculares longitudinales son esenciales para iniciar la regeneración», comentó. «Al tratar de encontrar el mecanismo molecular por el cual esto ocurre, descubrimos que ese subtipo de fibras (las longitudinales) expresan dos genes esenciales para la regeneración, llamados follistatin y notum. Esos dos genes son esenciales para la regeneración porque se necesitan para que las células madre se dividan y para que el animal sepa si tiene que regenerar una cabeza o una cola. Al no tener fibras musculares longitudinales, el animal no puede expresar estos dos genes y por lo tanto no puede regenerarse».
Además, la investigadora agregó: «En cambio, al inhibir el factor «nkx1-1″, vimos que el animal también vivía sin problemas, pero perdía sólo las fibras musculares circulares. Al cortar estos animales sin fibras musculares circulares, los animales eran capaces de regenerarse pero lo hacían de manera defectuosa. Se regeneraban duplicando su eje medio formando entonces dos cabezas pegadas como si fuesen siameses. Esto demuestra que las fibras circulares contienen información esencial para mantener la simetría bilateral del animal. De esta manera, nuestro trabajo reveló que las fibras musculares no solo tienen una función en la contracción, sino que también son claves para dar instrucciones para iniciar la regeneración y para hacerlo manteniendo los patrones de desarrollo correctos del animal».
A simple vista, parece que los gusanos y humanos no tienen algo en común.
Sin embargo, la mayoría de los genes en la planaria tiene un gen similar/paralelo en los humanos. Y los distintos órganos en los gusanos funcionan y se desarrollan o regeneran utilizando programas de activación de genes similares a los que utilizan esos mismos órganos durante el desarrollo embrionario en el humano. Una razón más para estudiarlos y para que aporten conocimientos para entender enfermedades que afectan a los humanos.
Consultado por Infobae, el doctor Osvaldo Chara, del Instituto de Física de Líquidos y Sistemas Biológicos, del Conicet, y la Universidad Nacional de La Plata, y del Centro de Servicios de Información y Computación de alto rendimiento, de la Universidad Técnica de Dresden en Alemania, opinó sobre los recientes hallazgos sobre la regeneración de las planarias del equipo de Scimone: «Encontraron que un factor de transcripción (una proteína conocida como myoD) es necesario en las planarias para la formación de un determinado subconjunto de fibras musculares, las longitudinales. Uno de los hallazgos destacables es que inhibiendo la expresión de ese factor de transcripción (mediante la técnica de ARN de interferencia), reducen el número de estas fibras musculares, creando animales más largos y finos que, interesantemente, son incapaces de regenerar. Los autores encontraron, además, que un gen expresado en músculo que codifica para otro factor de transcripción (nkx1-1) es necesario para la formación de otras fibras musculares: las circulares».
Además, el científico Chara consideró que «las fibras musculares, tanto en la planaria como en cualquier otro organismo, son ejemplos de células altamente diferenciadas, que se caracterizan por tener morfologías y funciones sumamente específicas y, en general, tasas de proliferación bajas o prácticamente nulas. Se sabe que las fibras musculares en los animales actúan funcionalmente como un tejido contráctil (necesario para llevar a cabo las típicas funciones del organismo que requieran trabajo mecánico, con fuente metabólica de energía).
Lo que los autores encontraron es que, además de esa función contráctil, las fibras musculares tendrían un papel regulatorio en los procesos de señalización que desencadenan los procesos regenerativos. De esta forma, esto nos hace preguntarnos si, a pesar de la mayor complejidad de nuestros tejidos musculares, estos podrían tener también funciones regulatorias que, bajo ciertas circunstancias, pudiesen regular procesos regenerativos.
El hecho de que las capacidades regenerativas de los humanos sean tan pobres, en comparación con la planaria o con el axolotl -que es un animal vertebrado con asombrosa capacidad regenerativa- sugiere que nuestras fibras musculares, o bien han perdido estas capacidades regulatorias, o bien se encuentran inhibidas por mecanismos aún desconocidos, entre otras alternativas. Este trabajo y otros similares en organismos con grandes capacidades regenerativas nos demuestran que la capacidad de regenerar tejidos ya fue inventada por la evolución. Tal vez exista, la posibilidad de re-seleccionar o desinhibir estas capacidades regenerativas en los humanos».
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Fuente: infobae.com