Comprender la producción de proteínas embrionarias
Para que un embrión se desarrolle correctamente, debe producir proteínas en el momento y el lugar adecuados. Ello viene determinado por la traducción, la etapa final de la expresión génica —el proceso mediante el cual un gen utiliza su información para producir proteínas—. Los científicos han aprendido mucho sobre otras etapas de la expresión génica durante el desarrollo embrionario. Sin embargo, se sabe mucho menos sobre cuándo y dónde se producen realmente las proteínas, debido a la dificultad de medir la traducción con una resolución espacial y temporal suficiente en embriones de vertebrados vivos. «Por lo tanto, para comprender plenamente cómo se desarrolla un embrión necesitamos observar directamente la producción de proteínas», afirma Maëlle Bellec(se abrirá en una nueva ventana), investigadora posdoctoral en el Instituto Max Planck de Investigación Cardíaca y Pulmonar(se abrirá en una nueva ventana). A través del proyecto LivAdapt, financiado por las acciones Marie Skłodowska-Curie(se abrirá en una nueva ventana), Bellec y sus homólogos combinaron la ingeniería genómica con un conjunto de técnicas de imagen y análisis para visualizar directamente la traducción en embriones vivos de pez cebra(se abrirá en una nueva ventana). «Nuestros hallazgos abren la posibilidad de estudiar esta capa adicional de regulación génica directamente en embriones de vertebrados vivos», añade Bellec. «Desde una perspectiva biológica, eso aporta una capa de información que faltaba y que vincula la expresión génica con la producción de proteínas y los resultados del desarrollo».
Marcaje con proteínas fluorescentes
El proyecto se centró en una molécula específica conocida como morfógeno, que envía señales a las células embrionarias que determinarán la estructura de un organismo. Por ejemplo, los morfógenos contribuyen al desarrollo de la médula espinal y las extremidades, o al desarrollo de las alas en los insectos. LivAdapt se centró en el BMP2b, un morfógeno que desempeña un papel clave en el establecimiento del plan corporal durante las primeras etapas del desarrollo. Los investigadores utilizaron ingeniería genómica para introducir un marcador en el gen BMP2b, de modo que pudieran marcar con fluorescencia las proteínas incipientes a medida que se sintetizaban. Al combinarlo con la microscopía de lámina de luz en red en vivo, una tecnología de imagen de vanguardia, para obtener imágenes de la síntesis de proteínas en todo el embrión. Paralelamente, integraron una serie de enfoques complementarios de obtención de imágenes y modelización. «En conjunto, estos métodos nos permitieron cuantificar la dinámica de la traducción a nivel de ARNm(se abrirá en una nueva ventana) individuales y de células, revelando cuándo, dónde y con qué eficacia se traduce la BMP2b durante las primeras etapas del desarrollo embrionario», explica Bellec.
Detalles sin precedentes sobre la producción de proteínas
Uno de los hallazgos más importantes fue que la traducción de BMP2b se regula principalmente a nivel de la iniciación de la traducción, lo que revela una capa adicional de control sobre la producción de proteínas. El equipo también descubrió que la traducción de la BMP2b puede producirse a través de múltiples vías, lo cual sugiere que los embriones en desarrollo pueden emplear diferentes estrategias para garantizar la síntesis de proteínas. «Esperamos que este trabajo ayude a la comunidad científica a comprender de forma más completa cómo se desarrollan los embriones», señala Bellec. Más allá de estos conocimientos biológicos, la tecnología desarrollada en LivAdapt puede adaptarse para estudiar otros genes, añade Bellec, lo que permitirá a los científicos investigar cómo se regula la síntesis de proteínas durante los distintos procesos de desarrollo.
Implicaciones biomédicas más amplias
Una mejor comprensión de la regulación de la traducción también puede tener implicaciones biomédicas más amplias, sugiere el equipo. «Muchos trastornos del desarrollo y otras enfermedades están asociados a defectos en la síntesis de proteínas o en su regulación», señala Bellec. «Al estudiar cómo se controla la traducción en el contexto del desarrollo normal, nuestro trabajo puede ayudar a proporcionar un marco para comprender cómo se alteran estos procesos en la enfermedad». Bellec continuará la investigación en su nuevo puesto en Montpellier (Francia), aprovechando el potencial de la tecnología demostrada en el proyecto. «Ahora tengo previsto aplicarla a una gama más amplia de genes y procesos de desarrollo», afirma.
