Identificat un mecanisme molecular clau en la regeneració de les planàries

Aquests cucs d’aigua dolça són capaços de regenerar qualsevol part del cos, fins i tot el cap. Foto: Teresa Adell.
Aquests cucs d’aigua dolça són capaços de regenerar qualsevol part del cos, fins i tot el cap. Foto: Teresa Adell.
Recerca
(14/02/2023)

Les planàries són uns cucs plans dʼaigua dolça que han esdevingut un model clau per estudiar la regeneració i les cèl·lules mare, ja que poden regenerar qualsevol part del seu cos, fins i tot el cap. Però, com sap lʼanimal quina part del cos li falta i quin tipus de teixit ha de regenerar? Investigadors del Departament de Genètica, Microbiologia i Estadísticade la Universitat de Barcelona i de lʼInstitut de Biomedicina de la UB (IBUB) han estudiat el procés de regeneració dʼaquests animals i han identificat com la modulació de la via de senyalització intercel·lular Wnt modifica la cromatina, el conjunt de material genètic que tenen les cèl·lules en el nucli cel·lular. Poques hores després dʼuna amputació, aquest mecanisme fa que les cèl·lules mare de la ferida ja sàpiguen el destí del nou teixit.

Aquests cucs d’aigua dolça són capaços de regenerar qualsevol part del cos, fins i tot el cap. Foto: Teresa Adell.
Aquests cucs d’aigua dolça són capaços de regenerar qualsevol part del cos, fins i tot el cap. Foto: Teresa Adell.
Recerca
14/02/2023

Les planàries són uns cucs plans dʼaigua dolça que han esdevingut un model clau per estudiar la regeneració i les cèl·lules mare, ja que poden regenerar qualsevol part del seu cos, fins i tot el cap. Però, com sap lʼanimal quina part del cos li falta i quin tipus de teixit ha de regenerar? Investigadors del Departament de Genètica, Microbiologia i Estadísticade la Universitat de Barcelona i de lʼInstitut de Biomedicina de la UB (IBUB) han estudiat el procés de regeneració dʼaquests animals i han identificat com la modulació de la via de senyalització intercel·lular Wnt modifica la cromatina, el conjunt de material genètic que tenen les cèl·lules en el nucli cel·lular. Poques hores després dʼuna amputació, aquest mecanisme fa que les cèl·lules mare de la ferida ja sàpiguen el destí del nou teixit.

En el treball, publicat a la revista Nature Communications, també hi han participat investigadors del Centre Andalús de Biologia del Desenvolupament (CABD), de la Universitat Pablo de Olavide (Sevilla) i de la Universitat dʼÀnglia de lʼEst (Norwich, Anglaterra).

Estudi genòmic

La sorprenent plasticitat de les planàries es dona gràcies a la presència dʼuna població de cèl·lules mare adultes pluripotents, els neoblasts, que són capaços de reproduir qualsevol tipus de cèl·lula de lʼorganisme. Just després dʼuna amputació, quan s'ha de regenerar un teixit nou, hi ha una finestra de temps en la qual tot és possible per a aquestes cèl·lules pluripotents, i, segons el senyal rebut per les cèl·lules on sʼha produït el tall, es decideix quin destí tindran. Un dels primers passos en aquest procés és especificar lʼeix corporal, com ara lʼeix anteroposterior, que defineix la posició del cap i de la cua.

Per entendre com té lloc aquest fenomen, els investigadors han dut a terme un estudi genòmic de les cèl·lules situades a prop de la ferida que es produeix després dʼamputar el cap i la cua. Per mitjà de les tècniques dʼATAC-seq i de Chip-seq, han pogut analitzar les regions del genoma que són accessibles o inaccessibles en aquests teixits en un moment determinat; en aquest cas, a les 12 hores de lʼamputació. «Només les regions obertes són accessibles als factors de transcripció, que són els responsables que els gens sʼexpressin. Per tant, aquests estudis ens permeten saber quin conjunt de gens sʼactiva en les cèl·lules de les ferides 12 hores després del tall, i si són diferents entre la part anterior i posterior de la planària», explica Teresa Adell, professora de la Facultat de Biologia que ha coordinat la recerca.

Inhibició o activació de la via Wnt per regenerar el cap o la cua

Els resultats revelen que, 12 hores després de lʼamputació, la cromatina —el conjunt de material genètic que les cèl·lules tenen dins el nucli—canvia de conformació segons si les cèl·lules a prop de la ferida detecten que han de regenerar un cap o una cua. A més, també demostren que el canvi de composició de la cromatina, que és el que regula lʼexpressió gènica de la cèl·lula, depèn de si sʼactiva o no una via de senyalització cel·lular, la via Wnt. «Si cal fer cap, la via Wnt sʼinhibeix; i si cal fer cua, sʼactiva. A més, aquest canvi de composició de la cromatina passa 12 hores després del tall; encara no sʼha fet teixit nou, però les cèl·lules ja saben quin destí caldrà seguir», apunta la investigadora.

Similituds i diferències respecte dʼaltres organismes

Entendre aquesta regeneració en les planàries també és important per a la comprensió dʼaquest procés en altres organismes, ja que els mecanismes moleculars que permeten la correcta regeneració dels òrgans i teixits es conserven evolutivament, és a dir, són molt semblants en tots els animals. En aquest sentit, estudis previs ja havien demostrat que la regulació de la via Wnt és la responsable dʼespecificar lʼeix anteroposterior de molts organismes — incloent-hi els mamífers—durant el desenvolupament embrionari i també en la regeneració en animals adults. «El nostre estudi revela el mecanisme pel qual això és així en les planàries, però també en altres animals: la via Wnt especifica quins gens sʼexpressen i, per tant, el destí cel·lular, ja que regulen la conformació de la cromatina des del primer moment de la regeneració», resumeix Teresa Adell.

Dʼaltra banda, les conclusions del treball també posen de manifest les diferències amb altres animals. «El nostre estudi corrobora la idea que organismes tan plàstics com les planàries tenen les vies de senyalització intercel·lular molt actives, com si fossin embrions, i això fa que qualsevol canvi de context també pugui canviar el destí de les cèl·lules. No passa com en els mamífers, per exemple, en què la plasticitat de les cèl·lules està molt més restringida», apunta la investigadora.

Els riscos de la reprogramació cel·lular

En el cas dels humans i del possible impacte biomèdic futur dʼaquesta recerca bàsica, la investigadora subratlla que les implicacions «no són directes, sinó de concepte»: «En aquest estudi posem de manifest que la capacitat regenerativa està lligada a la capacitat de les cèl·lules de reprogramar-se per canviar de destí. Per tant, una estratègia per millorar la capacitat regenerativa dels humans podria ser provocar la reprogramació cel·lular», afirma Teresa Adell.

En qualsevol cas, la investigadora es mostra prudent respecte dʼaquesta estratègia i avisa que podria tenir efectes no desitjats, com ara la transformació tumoral. «En models animals que sí que regeneren, sʼha demostrat que els senyals que sʼhan dʼactivar per regenerar, com ara la via Wnt que dèiem, són també les que promouen processos tumorals quan sʼactiven de manera errònia. Com sol passar, res no és absolutament bo o dolent, sinó que depèn del context en el qual ens trobem», conclou.

Dades en accés obert

Tots els resultats de les anàlisis genòmiques que sʼhan dut a terme durant lʼestudi sʼhan integrat a la plataforma dʼaccés obert PlanExp, amb lʼobjectiu de compartir la informació i facilitar lʼanàlisi de les dades a la comunitat científica.

Article de referència:

Coronel-Córdoba, P.; Silvia Magri, M.; N. Wheeler, G.; Gómez-Skarmeta, J.L.; F. Abril, J.; Saló, E. I Adell, T. «Wnt/β-catenin signalling is required for pole-specific chromatin remodeling during planarian regeneration» Nature Communications, gener de 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-35937-y