Regeneración en planarias

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Durante años, la humanidad se ha fascinado por capacidades extraordinarias de regeneración que presentan ciertos organismos, la cual se presenta a lo largo de filogenia animal. Entre los animales modelos en el estudio de la regeneración se encuentran las planarias, organismos perteneciente a los metazoos, filo platyelminto, clase turbelaria, subclase tricladios. No obstante la taxonomía interna de estos invertebrados no es ampliamente conocida, hasta el momento existen tres ordenes clasificados principalmente por su ecología:[1]

Orden miricola: En el cual se encuentran planarias de mar. Orden cavernicola: Donde se encuentran planarias de agua dulce. Orden continenticola: Principalmente planarias terrestres.

Ecológicamente poseen un rango de distribución amplío que abarca desde las profundidades marinas hasta pequeños arroyos de agua dulce, se puede decir que tienen una distribución cosmopolita. Y presentan dos formas de reproducción; Asexual (Partenogénesis, paratomía) y sexual (Hermafroditas sin capacidad de auto fertilización),[2] lo cual les permite una fácil expansión poblacional en la mayoría de los ambientes. Históricamente este organismo ha llamado la atención de los investigadores desde 1814 cuando John Graham Dalyell en su libro “Observation on some interesting phenomena in animal physiology, exhibited by several species of planariae” describió a estos animales como “inmortales bajo el cuchillo”.

Morfología y anatomía[editar]

Las planarias son elvio de apeñido lado organismos acelomados, triploblásticos y sus órganos se encuentran rodeados de parénquima.[3] Su sistema nervioso esta organizado en un ganglio bilobulado a nivel cefalico conectado a dos cordones nerviosos ventrales. Sensorialmente posee fotoreceptores,[4] quimioreceptores,[5] y reoreceptores.[6] Su sistema muscular, compuesto por fibras musculares; longitudinales, diagonales y circulares las cuales no son para locomoción. Para esta función las planarias están dotadas de células epiteliares ciliadas. Poseen un sistema digestivo compuesto por una faringe muscular extensible la cual tiene tanto función de boca como de ano, de la cual esta conecta las tres ramas de su sistema digestivos (una anterior y dos posteriores).[7] Su sistema reproductivo consiste en una serie de ovarios pareados situados en el ganglio cefalico, con una gran cantidad de testículos ubicados dorsolateralmente y posterior a la faringe se encuentra el gonoporo. morfologicamte se puede sitinguir con facilidad dos fotoreceptores ubicados en la parte anterior dorsal del animal, la faringe y el gonoporo ubicada en la parte media ventral.

Faringe de la planaria es la parte mas oscura del en el cuerpo del animal
Fotorreceptores en planarias

Regeneración[editar]

La planarias tienen la capacidad de regenerar cualquier parte de su cuerpo a partir de 1/279 parte de su anatomía, como lo describió en sus experimentos T.H. Morgan a finales del siglo XIX. Estudios estiman un lapso promedio de dos semanas para la regeneración de este organismo.[8] El cual puede variar según la especie y la porción a regenerar. En general, si la planaria se decapita la formación del cuerpo a partir de la cabeza decapitada, toma un tiempo mayor en comparación a la formación de la cabeza a partir del cuerpo. La tasa de regeneración de este organismo no presenta ninguna relación con el tamaño del mismo, es decir una planaria de 10mm regenerara a la misma tasa que una planaria de 2 cm. No obstante la tasa de regeneración si se encuentra relacionada con el estado nutricional del animal. Por lo tanto un animal con recursos alimenticios suficientes antes de la decapitación, Presentara una tasa de regeneración mayor en comparación con el animal que estuviese en ausencia de dichos recursos.[9] Experimentalmente se ha encontrado que el acido retinoico exógeno, también afecta la regeneración. Principalmente de la porción anterior pero no la posterior de las planarias.[10]

Herida y formación del blastema[editar]

El factor principal que activa la regeneración en este organismo es la injuria,[11] la cual activa una serie de respuesta que juegan un papel esencial en minimizar perdida de tejido. Posterior al daño, se da una fuerte contracción muscular que busca minimizar la superficie afectada. luego células especializadas denominadas rhabdites producen una cubierta mucosa con funciones aparentemente inmunológicas.[12] Cuando ocurre una decapitación, la parte cáfalica que contiene el ganglio bilobular continua con sus funciones neurológicas normales. Aparentemente esto confiere una ventaja para escapar de su depredador. En un lapso aproximado de 30 minutos después del daño, una capa epiteliar recubre el la herida.[13] A nivel molecular la señalización hasta el momento es poco conocida. No obstante se conoce que los neoblastos son los actores principales de la regeneración, las cuales migran hacia el área afectada para iniciar su proceso de diferenciación y formación de blastema.

Se ha demostrado experimentalmente que la formación del blastema necesita tanto de la reestructuración del epitelio que rodea la herida como de la proliferación de neoblasto.[14] Estudios recientes han demostrado que los neoblastos no sólo comienzan un proceso de proliferación celular (mediante inmunodetección y cuantificación de Histona H3 fosforilada en la serina 10) sino que hay una migración de dichas células al blastema; las cuales, mediante procesos de diferenciación celular, darán lugar a las estructuras perdidas. Se hipotetiza que dichos fenómenos están disparados por dos eventos de señalización, el primero de los cuales estimula la replicación celular de los neoblastos a lo largo de todo el cuerpo, seguido de otro que produce un reclutamiento local de estos para la reparación del organismo.[15] Aunque los fenómenos concernientes a la regeneración de las planarias han sido estudiados en detalle durante mucho tiempo (los primeros hallazgos en el tema datan del siglo XVIII[16] ) aún hay pocas luces sobre los procesos que disparan la proliferación de neoblastos, su migración al sitio de la herida y el automantenimiento de su estado pluripotente.[17]

Blastema en planaria decapitada
Blastema en planaria decapitada

Neoblastos[editar]

Son células altamente indiferenciadas que se caracterizan por tener un núcleo muy grande en comparación de su citoplasma, estas células representan aproximadamente el 25-30% de toda la población celular total en las planarias,[18] las cuales al ser las únicas células con capacidad de división y dar origen tanto a tejidos derivados de las tres capas germinales como tejidos accesorios serian células madres totipontentes. Esta población celular son la encargadas de la regeneración en las planarias y presentan un pico mitotico inicial a las 5-12h de iniciada la regeneración.[19] Dichas células pueden migrar hacia el área afectada en su condición de indiferenciacion formando así el balstema (agrupación de neoblastos en la región que presenta el daño). Estudios han mostrado que en la formación y diferenciación de neoblastos en el blastema esta acoplado a la expresión de aproximadamente 110 gene de los cuales 42 son específicos para neoblastos.[20]

Modelos de regeneración celular[editar]

Clásicamente se han hablado de dos tipos de modelos de regeneración celular: morfalaxis y epimorfosis siguiendo mecanismos completamente distintos cada uno. El modelo de epimorfis implica toda una la restauración morfológica y funcional de una estructura anatómica perdida en un organismo adulto mediante la formación de un blastema. Es decir la regeneración del tejido perdido se forma solo después de la formación de un blastema. Se dice que existe un blastema cuando se nota una proliferación activa de células por lo tanto un blastema es un tejido compuesto de células indiferenciadas y que darán lugar a los nuevos tejidos por proliferación activa y puede observarse fácilmente como un tejido incoloro o sin pigmentos que se forma alrededor del tejido epitelial que recubre el sitio dañado. Por su parte en el modelo de morfalaxis no existe una proliferación activa de las células y son las células viejas o ya diferenciadas las que sufren un cambio drástico y renuevan el tejido perdido, por lo tanto no hay una formación de blastema como tal.[21]

Históricamente se ha considerado que las planarias presentan epimorfis puesto que su proceso regenerativo depende de la existencia de neoblastos, células pluripotentes que se diferencian para formar el tejido a regenerar y conforman un blastema. Sin embargo recientes investigaciones han demostrado que en la planaria pueden ocurrir ambos tipos de regeneración puesto que existen neoblastos, células regenerativas, pero también hay participación activa de los tejidos existentes por lo que en la actualidad se ha propuesto un nuevo modelo, el modelo intercalar.

Modelo intercalar[editar]

Este modelo se presenta como un modelo que asocia los modelos históricamente descritos y los integra en uno. En él se describe la regeneración de la faringe de la planaria a partir de células proliferativas provenientes del blastema como por células que no derivan del blastema y que sufren una modificación estructural para transformarse en células específicas de algunos de los tejidos perdidos todo esto gracias a un proceso de desdiferenciación. Esto se hizo estudiando la expresión de un gen que es marcador específico del musculo de la faringe, por lo que cualquier célula que lo exprese ha formado parte de la faringe, al regenerarse la planaria obtuvieron células con la expresión de este gen muy alejadas de su disposición original. Se concluye que, los tejidos nuevos formados luego de un proceso regenerativos, al menos en planarias, se deben gracias a la acción proliferativa de neoblastos y a la modificación y desdiferenciación de las células provenientes del tejido viejo.[22]

Especificación de la identidad de tejidos y crecimiento[editar]

Al momento de regenerar órganos es necesario que haya una especificación de las estructuras que necesitan ser regeneradas, así como su tamaño y la dirección. Investigaciones recientes han mostrado el papel que juegan los gradientes de morfógenos en el re-patronamiento del cuerpo y la proporcionalidad de los tejidos que serán producido. Al estudiar más de cerca el papel de las vías de señalización celular, se ha encontrado que las rutas Wnt/β-catenina y la de la Proteína morfogénica ósea (BMP) se encuentran involucradas en la definición del eje anteroposterior y el dorsoventral, respectivamente. Se ha investigado también el papel del Factor de crecimiento de fibroblastos FGF en la formación y delimitación del ganglio cerebral.[23]

Wnt/β-catenina en regeneración y definición del eje anteroposterior[editar]

Las proteínas Wnt son factores solubles que se adhieren a un tipo de proteína transmembranal de la familia de Frizzled, inhibiendo el complejo de degradación de la β-catenina, lo cual permite que esta se acumule en el citoplasma y pueda acceder al núcleo celular, activando factores de transcripción, como Tcl/Lef y estimulando,finalmente, la expresión de diversos tipos de genes.[24] En el contexto de la definición de tejidos de planarias, se encontró que el silenciamiento gradual del gen Smed-βcatenin1 (β-catenina 1 de Schmidtea mediterranea) en individuos sanos por medio de dsRNA produjo fenotipos aberrantes que tomaban características cada vez más cefálicas dependiendo de la efectividad de la inhibición, llegando al extremo de la hipercefalización cuando el silenciamiento del gen fue total. Complementariamente, se encontró que el silenciamiento de la expresión, en forma de gradiente decreciente desde el extremo posterior del individuo) de Smed-WntP-2 y Smed-Wnt11-2 en individuos sanos, daba origen a planarias con dos cabezas o planarias sin cola. Se presume que en el contexto de la regeneración, debe existir un gradiente mínimo de expresión de Wnt para que el fragmento pueda regenerar exitosamente un individuo normal, un fragmento más pequeño podría dar lugar a una planaria con dos cabezas o dos colas.[25] Un estudio de Petersen y Reddien (2009) sugiere que la expresión en gradiente de Wnt que da lugar a la definición de la polaridad anteroposterior, no es una condición permanente sino que es inducida al momento en que la planaria sufre una herida[26]

Comunicación en planarias vía Gap-junction[editar]

las interacciones moleculares las cuales toman importancia en el momento del establecimiento de un gradiente morfogenico, no se entienden a cabalidad en el momento. no obstante un gradiente de difusión ha sido postulado para el establecimiento de este. El cual se basa en el transporte de moléculas específicas a través de la uniones celulares (gap-junction). Experimentalmente se ha sometido planarias en regeneración a heptano o hexanol lo cual bloquea esta comunicación celular, lo que se observó es que dichas comunicaciones juegan un papel importante en el establecimiento del eje anterio-posterior. Puesto que planarias sometidas a este tratamiento regeneraron dos cabezas. No obstante la relación entre esta vía y la de wnt aun esta por establecerse, es posible que algún elemento intracelular de esta, pueda activar este transporte.[27]

Vía BMP y le eje dorsoventral[editar]

Las proteinas BMP/decapentaplegic (Dpp) han demostrado jugar un papel importante en la definición del eje dorso-ventral en Drosophila.[28] Estudios recientes han mostrado que esta proteína se ha conservado en el genoma de las planarias y son de gran importancia para el establecimiento del eje dorsoventral de las mismas durante la regeneración. El silenciamiento por medio de RNAi de Smad1 y Smad4 homólogos de BMP, resulta en animales que su región dorsal se transforma en ventral (ventralizacion).Estas proteínas homologas a BMP se expresan principalmente de la linea media dorsal, lo cual es consistente con su función.[29]

Diferenciación del cerebro en la región anterior[editar]

Nou-drake es un gen expresado específicamente en la región anterior y codifica en una proteína transmembrana similar al receptor del factor de crecimiento fibroblastcico (FGF) y contiene un dominio intracelular de quinasa. Estudios muestran que Nou-drake se podría unir al FGF en planarias y ser un regulador negativo para esta señal. Esta molécula estaría restringiendo la diferenciación del cerebro a la parte anterior del animal. Deacuerdo a este modelo, esta molécula se difundiría a partir de la región anterior promoviendo la diferenciación del cerebro en presencia de la misma, dado que Nou-drake disminuiría el exceso de ligandos de FGF previniendo la difusión de esta a la parte mas posterior. en ausencia de Nou-drake FGF se difundiría posteriormente activando receptores de FGF promoviendo la diferenciación de cerebros ectopicos en la parte posterior.[30]

Estudios realizados a partir de Neoblastos[editar]

Estudios hechos en neoblastos permitieron definirlos como células pluripotentes. Investigadores del Instituto Médico Howard Hughes (HHMI), liderados por el Dr. Daniel E. Wagner, hicieron experimentos con planarias a las cuales sometieron a radiación, al ser los neoblastos células proliferativas son mas susceptibles a la radiación, con lo que fueron destruidas. Luego de 7 días la quinta parte de las planarias irradiadas presentaban pequeñas agrupaciones de neoblastos de origen clonal, esto sabe que por la presencia de marcadores fluorescentes (bromodeoxiuridina) presentes en el medio antes e la radiación y quitados luego de la radiación. Puesto que los neoblastos encontrados luego de 7 presentaban el mismo marcador eran neoblastos clonados. Puesto que no todos los neoblastos tienen esta capacidad, aquellos que la presentaron fueron determinados como cNeoblastos. Después de este experimento se hizo una prueba para determinar si un solo neoblasto podría restaurar el poder regenerativo de un organismo clonándose una y otra vez hasta formar una colonia que soporte una regeneración. Para esto 130 planarias, que previamente fueron sometidas a radiaciones letales, recibieron el trasplante de un solo cNeoblasto aislado gracias a citometría de flujo y estas fueron obligadas a regenerarse, puesto que 7 de ellas sobrevivieron es posible decir que un solo cNeoblasto puede actuar de forma similar a una célula madre y permitir una regeneración de los tejidos de la planaria.[31]

Bioprospección[editar]

Debido al gran poder de regeneración de las planarias están siendo usadas como modelo de regeneración y analizadas en investigaciones de células madre. Las principales ventajas del uso de planarias para estas investigaciones son que se puede ver la acción de las células madres en vivo y en organismos adultos vivos. A diferencia de los modelos usados en otros estudios que son tejidos en estadio embrionario y cultivos in vitro.

Referencias[editar]

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  3. Hyman, LH. (1951). «the invertebrate: Platyhelinthes and Rhynchocoela the acoelomate bilateia». New York: McGraw-Hill. 
  4. Carpenter, K. (1974). «Ultrastructure of the photoreceptor of the planarian Dugesia dorotocephala. I. Normal eye». cell tissue:  p. 143-58. 
  5. MacRae, E. (1967). «The fine structure of sensory receptor processes in the auricular epithelium of the planaria, Dugesia tigrina». Dugesia tigrina. Z. Zellf:  p. 479-94. 
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  7. Newmark, P (2000). «Bromodeoxyuridine specificaly labels the regenerative stem cells of planarians». developmental biology:  p. 142-53. 
  8. Salón, Emili. (2009). «Planarian regeneration:achivements and future direction after 20 years of researche». The international Journal of developmental Biology:  p. 1317-1327. 
  9. González, Cristian (2012). «Decreased neoblast progeny and increased cell death during starvation-induced planarian degrowth». The International Journal of developmental biology:  p. 83-91. 
  10. Romero, Rafael. (2001). «Disto-proximal regional determination and intercalary regeneration in planarians, revealed by retinoic acid induced disruption of regeneration». developmental biology:  p. 669-673. 
  11. Needham, AE (1952). «Regeneration and Wound-Healing». New York: Wiley & Sons. 
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  19. Baguñá, J (1989). «Regeneration and pattern formation in planarians.III. Evidence that neoblasts are totipotent stem cells and the source of blastema cells.». Development:  p. 77-86. 
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Enlaces externos[editar]

Grupos de investigación en regeneración de planarias[editar]