Morfógeno
Un morfógeno es una sustancia que gobierna el patrón del desarrollo tisular y, en particular, las posiciones de varios tipos de células especializadas dentro de un tejido. Su efecto se expande desde una fuente localizada, formando un gradiente de concentración a lo largo de un tejido en desarrollo. La definición del morfógeno es conceptual, no química, por lo que agentes químicos como el retinol pueden actuar como morfógenos. El término en inglés es Morphogen, lo cual ha dado lugar en muchas ocasiones a que se haya traducido incorrectamente como "morfogen".
Morfógenos
Introducción
Durante el desarrollo temprano, los gradientes morfogenéticos generan diferentes tipos de células en un orden espacial diferente. El morfógeno provee la información espacial formando un gradiente de concentración que subdivide un campo de células induciendo o manteniendo diferentes genes clave en distintos umbrales de concentración. De este modo, las células, alejadas de la fuente del morfógeno recibirán bajos niveles del morfógeno y expresarán solo genes clave (target genes) con un umbral bajo. Por el contrario, las células próximas a la fuente del morfógeno recibirán altos niveles de éste y expresarán genes clave con un umbral tanto alto como bajo. Como consecuencia de las diferentes combinaciones de expresión de genes clave, surgirán distintos tipos de células. De este modo, el campo de células se subdivide en diferentes tipos de acuerdo con su posición relativa a la fuente del morfógeno. Se trata de un mecanismo general por el que se genera la diversidad celular en el desarrollo animal.
Algunos morfógenos son factores de transcripción, pero la mayor parte son proteínas segregadas que envían señales entre las células.
Los morfógenos en Drosophila y en los vertebrados
Drosophila melanogaster tiene un sistema de desarrollo inusual en el que las primeras trece divisiones celulares del embrión ocurren dentro de un sincitio previo a la celurarización. En esencia, el embrión permanece como una sola célula con alrededor de 8.000 núcleos uniformemente distribuidos cerca de la membrana, hasta que en la decimocuarta división celular, momento en el que las membranas independientes se sitúan entre los núcleos, separándolas en células independientes. Como resultado, en los embriones de mosca factores de transcripcións como Bicoid o Hunchback pueden actuar como morfógenos, puesto que pueden dufundirse libremente entre los núcleos para producir suaves gradientes de concentración sin depender de mecanismos de señalización intercelulares especializados. Aunque existen evidencias de factores de transcripción homeobox similares a estos pueden pasar directamente a través de las membranas celulares, no se cree que este mecanismo contribuya en gran medida a la morfogénesis.
En la mayor parte de sistemas de desarrollo, los sincitios ocurre raramente (como en el músculo esquelético), y, en general, los morfógenos son proteínas de señalización segregadas. Estas proteínas se unen a los dominios extracelulares de las proteínas receptoras de la transmembrana, que utilizan un elaborado proceso de transducción de señales para comunicar el nivel de morfógeno al núcleo. Los objetivos principales de la transducción de señales de patrones son normalmente factores de transcripción cuya actividad está regulada de una manera que refleja el nivel de morfógeno recibido en la superficie celular. De este modo, los morfógenos segregados actúan para generar gradientes de actividad de los factores de transcripción al igual que son generados en el embrión sincitial de la Drosophila.
Los genes responden a diferentes umbrales de actividad del morfógeno. La expresión de los genes nucleares está controlada por segmentos del ADN llamados 'enhancers' a los que los factores de transcripción se unen directamente. Una vez unidos, el factor de transcripción activa o inhibe la transcripción del gen y de ese modo controla el nivel de expresión del producto génico (por lo general una proteína). Los genes nucleares con un nivel de umbral bajo sólo requieren bajos niveles de actividad del morfógeno para ser regulados y dar forma a los enhancers que contienen lugares de unión con una alta afinidad para el factor de transcripción. Los genes nucleares de alto umbral tienen por lo general menos lugares de unión que requieren niveles de actividad del factor de transcripción mucho más altos para ser regulados.
Otras funciones de los morfógenos
Los morfógenos tienen funciones adicionales al control de la división tisular, como el control del crecimiento del tejido o la orientación de la polaridad de las células dentro de un tejido (como la orientación del vello).
Descubrimiento
La idea del morfógeno tienen una larga historia en la biología del desarrollo, remontándose a la obra de Thomas Hunt Morgan. No obstante, fue Lewis Wolpert quien refinó el concepto de morfógeno en la década de los sesenta con su modelo de la "bandera francesa" que describía cómo un morfógeno podía subdividir un tejido en dominios de expresión de diferentes genes nucleares. Este modelo fue auspiciado por Peter Lawrence. Christiane Nüsslein-Volhard identificó el primer morfógeno (Bicoid). Más adelante, los laboratorios de Gary Struhl y Stephen Cohen demostraron que una proteína de señalización (Decapentaplégica) actuaba como morfógeno durante los estadios tardíos del desarrollo de la Drosophila.