Durante cinco años, me he dedicado a estudiar las células madre o troncales en los testículos de la mosca de la fruta, ésas tan pequeñas que aparecen en la fruta cuando comienza a pudrirse (véase Figura 1). También, durante cinco años, mis amigos y familiares me han estado preguntando: «¿por qué demonios trabajas con testículos de mosca?»
En primer lugar, voy a intentar explicar por qué la mosca de la fruta Drosophila melanogaster es un organismo modelo extraordinario en biología que lleva usándose más de un siglo. El primer pico de popularidad de este insecto con ojos compuestos de color rojo intenso fue en 1910, cuando Thomas Hunt Morgan observó un macho de ojos blancos (véase Figuras 1 y 2). En un momento en el cual aún no estaba claro cómo se transmitían los caracteres de una generación a la siguiente y comenzaban a redescubrirse los trabajos de Mendel, Morgan se preguntó si esta característica inusual se mantendría en las siguientes generaciones de moscas. Su trabajo acabó confirmando la teoría cromosómica de la herencia y que algunos caracteres están ligados al sexo. Desde entonces, Drosophila se ha convertido en un organismo modelo ampliamente utilizado.
Su éxito se basa en que muchos procesos biológicos están conservados entre moscas y humanos, con la ventaja de que muchos de ellos tienen una regulación menos compleja en moscas, lo cual facilita su estudio. Desde un punto de vista técnico, el uso de Drosophila permite el control de la expresión génica de forma temporal y eligiendo en qué células va a tener lugar. A su vez, esto permite la oportunidad de generar un amplio catálogo de mutantes y de reporteros. Durante más de cien años, las contribuciones de Drosophila a la biología han sido innumerables, teniendo particular relevancia en genética, desarrollo o neurociencia, entre otros campos.
Con suerte, en este momento estaréis pensando: «vale, entiendo el por qué de usar moscas, ¿pero por qué los testículos?» Bien, intentaré ahora responder también a esta pregunta. Mi investigación se centra en las células troncales, un grupo muy especial de células capaces de cambiar su identidad y diferenciarse para dar lugar a distintos tipos celulares. Además, también se dividen para reproducirse y poder proveer nuevas células diferenciadas cuando sea necesario. Por ejemplo, las células troncales humanas del intestino generan células epiteliales, de forma que el epitelio intestinal se renueva completamente en menos de una semana. Otro ejemplo son las células troncales hematopoyéticas, las cuales residen en la médula ósea y generan todos los tipos celulares de la sangre.
Como mencioné anteriormente, muchos procesos biológicos que suceden en moscas también ocurren en humanos. Las moscas, como los humanos, se desarrollan a partir de un huevo o zigoto a un organismo adulto con una gran variedad de tipos celulares. De igual forma, las moscas y los humanos adultos generan nuevas células en sus tejidos para reponer las que se pierden por daños en el tejido o por reemplazo de forma natural. En ambos casos, las células responsables son las células troncales, de modo que el uso de Drosophila podría ayudar al estudio del comportamiento de las células troncales, aplicando así ese conocimiento a la biología humana con el objetivo de prevenir la degeneración tisular o el envejecimiento, entre otras aplicaciones.
La utilización de Drosophila ha sido clave en el campo de las células troncales. En 1978, a raíz de trabajos en células troncales hematopoyéticas, Ray Schofield hipotetizó que las células troncales debían residir en áreas especializadas dentro de los tejidos que garantizaran su sustento, denominando a estas áreas teóricas «nichos». Un año después, un estudio estructural de microscopía electrónica reportó un centro de proliferación germinal en el testículo de Drosophila. Se observó un posible nicho de células troncales que garantizaba la producción de esperma durante la vida de la mosca, aunque no se llegó a caracterizar. La evidencia sólida de que tanto los ovarios como los testículos de mosca contienen nichos de células troncales no llegaría hasta 1998 y 2001, respectivamente, siendo esta la razón por la cual se utilizan testículos de mosca en la investigación de células troncales.
Como podéis estar imaginando, Drosophila es un modelo experimental realmente versátil gracias al cual conocemos el funcionamiento básico del nicho de células troncales localizado en el testículo. En este tejido, un grupo de células anclado a la punta del testículo envía señales previamente identificadas a las células troncales circundantes (véase Figuras 3 y 4). Por consiguiente, podemos diseñar experimentos que nos permitan entender qué influye en el comportamiento de las células troncales. De hecho, el uso de este tejido como modelo ha permitido identificar mecanismos fundamentales.
Gracias al uso de los testículos de mosca, se ha descrito que las señales que las células troncales reciben para dividirse no provienen únicamente del nicho, sino también de otras células troncales presentes en tejido que han sido identificadas. A su vez, también se ha descrito cómo diferentes células troncales coordinan la generación de células diferenciadas para que se alcance un balance apropiado de las células que se requieren. La investigación sobre este tejido también ha mostrado que la diferenciación de células troncales no sucede como un proceso por defecto cuando las señales del nicho dejan de estar disponibles, como se pensó durante un tiempo. En realidad, la diferenciación requiere una señalización específica, también descrita ahora. Otra lección aprendida del testículo de mosca es que las células troncales se reemplazan continuamente unas a otras, de modo que unas se mantienen como tal en la proximidad del nicho y otras son desplazadas y se diferencian. Sin embargo, algunas mutaciones hacen que esas células troncales colonicen el nicho, haciendo más probable que mantengan su posición e incluso desplazando a otras poblaciones de células troncales
Durante mi trabajo como investigador postdoctoral, hemos descrito por primera vez que la comunicación entre el nicho y las células troncales es bidireccional. No solamente el nicho mantiene a las células troncales, sino que las células troncales contribuyen a su mantenimiento. Además, ¡hemos descrito qué molécula está implicada en este proceso! Por último, también hemos descubierto que las células troncales que reciben señales para dividirse reprimen una gran variedad de genes implicados en una ruta metabólica específica, desencadenando así un estado incompatible con la diferenciación. Esto asegura que las células que se dividen se mantienen como células madre y únicamente cuando éstas se posicionan más lejos del nicho se vuelven competentes para diferenciarse.
Espero haberos convencido sobre la lógica que hay detrás de usar el testículo de mosca y lo útil que son los organismos modelo como Drosophila para la investigación en biología. Primero, puede que todo esto os suene raro, aunque simplemente lo único que intentamos es encontrar diferentes maneras de responder a preguntas difíciles de contestar.
Por Diego Sainz de la Maza Redondo, @DSainzdelamaza, investigador post-doctoral en el laboratorio de Marc Amoyel en el Departmento de Biología Celular y del Desarrollo, UCL.
