Modelos matemáticos y genes

Academia Mexicana de Ciencias
Boletín AMC/020/13
México, D.F., 16 de enero de 2013

• Investigadores de la UNAM estudian en modelos vegetales los mecanismos de diferenciación celular
• Identifican genes que determinan las características primordiales en la morfogénesis de las plantas

Órganos florales de la Arabidopsis thaliana y factores genéticos involucrados en su diferenciación. Tomada del trabajo de Elena Álvarez Buylla y colaboradores publicado en septiembre de 2012 en Physical Review Letters.

Investigadores de la UNAM desarrollan modelos matemáticos para entender y predecir el proceso de diferenciación celular, un fenómeno por el cual las células troncales embrionarias pluripotenciales (pueden dar lugar a distintos tipos de células), se transforman y especializan para formar órganos y realizar funciones específicas. Por ejemplo, en los animales, algunas pueden convertirse en neuronas y otras pueden formar células pancreáticas, cardiacas o hepáticas.

La construcción de estos modelos, parte del análisis de la estructura genética de una planta llamada Arabidopsis thaliana. La estructura final de esta especie se va determinando por la relación que los genes tienen entre sí, creando redes. De la misma manera en la que un edificio se va construyendo con vigas y puntos de conexión, la arquitectura genética de esta planta tiene un comportamiento semejante.

Las redes que se forman por la interacción que tienen los genes entre sí, guardan una relación directa con la expresión física de cierto órgano floral, como los pétalos; cuando esto ocurre, se dice que se ha encontrado un estado de equilibrio, por lo tanto, a cada estado le corresponde la expresión de un fenotipo celular específico.

En la investigación desarrollada por Elena Álvarez Buylla, del Instituto de Ecología e integrante de la Academia Mexicana de Ciencias; Carlos Villarreal del Instituto de Física y Pablo Padilla, del Instituto de Investigaciones en Matemáticas Aplicadas y Sistemas de la Universidad Nacional Autónoma de México, se encontró un fenómeno de jerarquización genética dentro de las redes, en el que sobresalen los genes centrales u homeóticos, pues son aquellos que determinan características primordiales en la morfogénesis de la planta, como el desarrollo del tallo o las hojas, y si son alterados (mutados) se obtienen cambios drásticos en la expresión de los órganos de la Arabidopsis como la desaparición de sépalos y pétalos.

Entre los genes centrales se encuentran Agamous (AG), Apétala 1 (AP1) y Apétala 3 (AP3), su nivel de expresión permite establecer el tipo específico de órgano floral que se desarrolla, y la mutación de alguno de ellos inhibe la expresión de diversos pares de órganos.

Por millones de años el orden de formación de los órganos florales ha sido el mismo y experimentar con un patrón de expresión robusto como el de la Arabidopsis permitirá entender otros sistemas más complejos y menos estables.

“La esperanza es construir un sistema general de desarrollo celular para entender los factores involucrados en el proceso de diferenciación celular. Actualmente hay otros grupos, incluyendo el nuestro, interesados en la reprogramación celular, lo cuál permitiría restaurar la capacidad de generación de células que han perdido su funcionalidad, como en el caso de la diabetes”, afirmó Carlos Villarreal.

Mariana Dolores

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via comunicacion.amc.edu.mx