Cómo algunos mamíferos detienen sus embarazos

¿Cómo posponen algunos mamíferos el desarrollo de sus embriones para esperar mejores condiciones para tener descendencia? Un estudio reciente en el Instituto de Medicina de la UW para Células Madre y Medicina Regenerativa exploró este enigma reproductivo, que puede ocurrir en más de 130 especies de mamíferos, así como en algunos marsupiales.

El estudio fue dirigido por Abdiasis Hussein, un estudiante graduado en el laboratorio de Hannele Ruohola-Baker, profesor de bioquímica de la UW y director asociado del Instituto de Medicina de Células Madre y Medicina Regenerativa de la UW Medicine. Los hallazgos se informaron en Developmental Cell , una revista científica de Cell Press.

Los resultados no solo avanzan la comprensión de la implantación tardía de embriones, sino que también sugieren cómo algunas células que se dividen rápidamente, como las de los tumores, se vuelven inactivas.

En el estado suspendido del embarazo llamado diapausa embrionaria, un embrión en etapa temprana se abstiene de implantarse en el útero de la madre, donde podría nutrirse para convertirse en un bebé. En cambio, como una semilla, el embrión permanece inactivo hasta que ciertos reguladores moleculares lo impulsan a germinar.

La diapausa, o la implantación tardía, es una estrategia biológica para esperar condiciones desfavorables para mantener a los recién nacidos, como la falta de alimentos, las reservas de grasa materna insuficientes o los hermanos mayores que no han sido destetados.

Los osos, armadillos, focas y algunas nutrias, tejones y otros animales similares a comadrejas se someten a una diapausa estacional, como parte regular de sus ciclos reproductivos.

Muchos tipos de osos, por ejemplo, se reproducen a fines de la primavera o principios del verano. La hembra entonces busca vorazmente comida. Solo cuando la hembra tenga suficiente grasa corporal y peso, uno o más de sus embriones se implantarán meses después, luego de retirarse a su guarida. Cualquier cachorro nacería a fines del invierno.

Para saber qué pone una retención y liberación bioquímica en el desarrollo embrionario, Hussein, Ruohola-Baker y su equipo indujeron la diapausa en un modelo de ratón hembra al reducir los niveles de estrógeno. Luego compararon los embriones de diapausa con los embriones previos a la implantación y posteriores a la implantación. También indujeron la diapausa en las células madre embrionarias de ratón al matarlas de hambre y las compararon con las células madre embrionarias de ratón que crecen activamente.

En la naturaleza, algunos embriones de animales retrasarán la implantación hasta que su madre tenga suficiente energía y nutrientes en su cuerpo para mantenerlos. El hambre u otras tensiones de alguna manera provocan un tiempo de parada embrionario. Esta respuesta es un esfuerzo para proteger su supervivencia.

Lea también: Extinción mundial de insectos: 9 formas para protegerlos

Los investigadores realizaron amplios estudios sobre cómo las vías metabólicas y de señalización controlan los estados latentes y activos de los embriones de ratón y de las células madre embrionarias de ratón en platos de laboratorio.

El metabolismo se refiere a las actividades químicas que sostienen la vida que las células realizan para convertir sustancias en energía, construir materiales y eliminar desechos. Al analizar los productos finales de estas reacciones, llamados metabolitos, los científicos podrían comenzar a reunir una imagen de lo que sucede que causa la diapausa y cómo se liberan las células de sus garras.

Los científicos también analizaron la expresión génica al comparar estados celulares. Intentaron determinar qué podría estar influyendo en cómo se interpretaba el código de ADN, qué proteínas críticas se producían y en qué cantidades, en los estados suspendido y activo.

Según el investigador de células madre embrionarias Ruohola-Baker, las diferencias epigenéticas en la interpretación del mismo código de ADN, en lugar de cualquier alteración en el ADN en sí, pueden ser clave para comprender cómo los embriones entran y salen de la diapausa.

La investigación adicional apuntó a un conjunto de proteínas vitales en la supervivencia de las células embrionarias. La actividad de los genes relacionados con estas proteínas, así como los niveles de ciertos aminoácidos, se incrementaron en los embriones de diapausa. Por ejemplo, al utilizar la tecnología de edición de genes CRISPR, Hussein y Julie Mathieu, profesora asistente de medicina comparativa de la Universidad de Washington, redujeron el flujo de glutamina, un aminoácido que controla una importante vía metabólica (uso de energía).

Los investigadores recolectaron datos adicionales que indicaron que este y otros factores metabólicos influyeron en una enzima catalítica, mTOR, que regula muchos procesos celulares, incluida la proliferación celular, el crecimiento y la síntesis de proteínas. El mTOR también participa en la "detección" de las reservas de nutrientes y energía celular.

Lea también: ¿Cómo se protege un parque nacional?

Se sabe que mTOR es un regulador central del metabolismo y la fisiología en el envejecimiento y el cáncer de mamíferos. También gestiona aspectos del crecimiento y desarrollo embrionario. En este estudio, las situaciones que inhibieron mTOR condujeron al perfil metabólico distinto que caracteriza la diapausa. Los investigadores también encontraron que esta inhibición era reversible.

Comprender los mecanismos detrás de la diapausa podría avanzar el conocimiento en medicina, así como en biología de la vida silvestre. Carol Ware, profesora de medicina comparativa de la Universidad de Washington, dijo que la diapausa es un medio esencial de supervivencia para algunas especies y ocurre bajo estrés ambiental en otras.

La investigación sobre el mecanismo de la diapausa en animales es un paso importante para ver si esta respuesta celular puede aprovecharse para terapias clínicas, como mejores procedimientos de fertilización in vitro para ayudar a las personas a tener hijos.

Hussein cree que esta línea de investigación también podría tener importancia para futuros estudios sobre el cáncer. Averiguar por qué y cuándo las células cancerosas entran en reposo podría ayudar a explicar su resistencia para resistir la quimioterapia y revivirse más tarde. Tal vez se podría idear una terapia, dijo, que podría despertar las células para que coincidan con el momento de los medicamentos contra el cáncer.