¿Porqué mi hígado y mi pulmón son diferentes?

¿Porqué mi hígado y mi pulmón son diferentes?

Parece una pregunta simple, básica y tonta, pero ¿cuántos sabrían en realidad la respuesta?. Nuestro organismo contiene una infinidad de órganos diferentes, cada uno especializado para realizar una determinada función, todas ellas indispensables para el correcto funcionamiento del organismo. El que haya un sistema preparado para realizar cada una de éstas funciones es lo que al fin y al cabo, hace posible la vida. Cada uno de estos órganos y sistemas está formado por células diferentes, especializadas para llevar a cabo la función del órgano en cuestión. Así, tenemos desde las células de defensa que ya describimos anteriormente, hasta las células del corazón o las complejas neuronas, una infinidad de células diferentes (se habla de alrededor de 200 tipos distintos de células en el cuerpo humano). Sin embargo todos nosotros nacemos de una única célula, todos empezamos siendo un simple zigoto, una célula nacida de la fusión del espermatozoide paterno y del óvulo materno, y, a partir de ahí, producimos millones de células, que, tras terminar nuestro desarrollo fetal, quedan perfectamente ordenadas, formando órganos perfectamente colocados en su sitio, cada uno donde debe estar, y cada uno formado por células diferentes especializadas*.

Esto se produce en cada uno de nosotros sin excepción, y no falla, todo está como y donde debe. Si todos venimos de una célula inicial, una simple y llana célula, ¿Cómo demonios es posible que ocurra esta perfecta organización del organismo?.

Un muy buen profesor comenzaba una de sus clases planteando la siguiente reflexión:

La formación de la tierra se sitúa hace unos 4500 millones de años, y, aunque el momento en el que se originó la vida en ella sigue en discusión, éste se sitúa alrededor de entre 4000 y 3600 millones de años. Sin embargo, el origen de los organismos pluricelulares, (es decir, aquellos que como nosotros, están formados por muchas células, organizadas entre sí), fue tan solo hace 800 millones de años. Es decir, hizo falta más tiempo (y esto significa que fue más difícil) para la aparición de vida pluricelular a partir de la vida, que para la aparición de vida a partir de la nada. Esto quiere decir que es más complejo organizar un conjunto de células que formen un organismo pluricelular que formar toda la diversidad de moléculas necesarias para la vida y organizarlas en la formación de una primera célula. Esto debe hacernos una idea de lo realmente complejo que es organizar las células de un organismo en un conjunto de órganos especializados colocados en la posición correcta.

Eje cronológico de el origen de la tierra y de la vida. Se trata de billones americanos.

Además de la dificultad de la organización en todo el organismo, se nos plantea otro interrogante, si todas nuestras células surgen de la división sucesiva a partir de un único zigoto, todas ellas tendrán exactamente el mismo ADN, es decir, el mismo conjunto de genes. ¿Cómo entonces pueden ser diferentes las células en distintos órganos?. En otras palabras, si dos células tienen la misma información genética, ¿Porqué una puede ser una neurona y la otra una célula muscular del corazón?, y así con todos los posibles ejemplos (200 tipos distintos de células).

El proceso por el que dos células con el mismo ADN pueden llegar a ser diferentes, se llama DIFERENCIACIÓN CELULAR. Los primeros científicos que se interesaron por este proceso, pensaron que esto ocurría porque las células, perdían genes poco a poco a lo largo de su desarrollo, de forma que era el ADN que le quedaba a cada una lo que determinaba en que se convertía. Para contrastar esta idea, se plantearon unos experimentos tan curiosos como interesantes. Se cogieron óvulos de sapo, y se les extrajo el núcleo (donde se encuentra el ADN). Tras ésto, se extrajeron células del estómago de un sapo y se transplantó el núcleo de éstas al óvulo. El sorprendente resultado fue que el óvulo, inició el desarrollo embrionario y dio lugar a un clon del sapo al que pertenecía la célula de la piel^*2. Este impresionante resultado daba al traste con la teoría propuesta, ya que, si las células perdían ADN en el proceso de diferenciación, la célula de la piel no podría contener todos los genes necesarios para generar un organismo completo. 

¿Y entonces cómo es posible la diferenciación celular? Para entender este proceso podemos imaginar que todo el ADN de una célula es como una enorme biblioteca que concentra todo el saber del mundo. Si un estudiante está interesado en aprender historia, deberá escoger de entre toda la biblioteca, aquellos libros que traten sobre ella, y no otros, del mismo modo que un estudiante que pretenda aprender medicina, deberá escoger aquellos libros que traten de medicina, y descartar los demás. Las células funcionan de igual modo, de toda la variedad de genes posibles, las células escogen unos cuantos, y según cuales de ellos escojan y activen, (mientras el resto de gentes permanecen inactivos), se convertirán en un tipo de célula u otro. Es decir, es la combinación de genes activos de entre todos los posibles, lo que determina que una célula sea de un tipo u otro.

Bien pues, resuelta esta cuestión nos queda la otra no menos importante. ¿Cómo sabe una célula que va a formar parte del pulmón, que debe de escoger los genes necesarios para convertirse en célula de pulmón y no otros, y que debe ir al lugar donde se formará el pulmón? En otras palabras, ya sabemos cómo puede diferenciarse una célula, pero ¿cómo sabe a qué debe diferenciarse y a donde debe ir?

La respuesta a esto es absolutamente increíble: Las células hablan idiomas. Del mismo modo que los humanos debemos comunicarnos unos con otros para trabajar en equipo, las células también deben hacerlo. Durante el desarrollo las células hablan unas con otras para decirse a donde deben ir, y en qué deben convertirse. Siempre hay un grupo de células que se diferencian antes que las demás y son las que dirigen un poco más el proceso, aunque es necesaria la colaboración y la comunicación de todas las células entre sí. La forma de comunicarse de las células es mediante señales químicas que se envían unas a otras, eso les va diciendo sucesivamente lo que tienen que hacer, donde deben ir, en que deben convertirse y con quien deben hablar.

Ejemplos de tipos celulares en que puede diferenciarse una
célula embrionaria

Pero si todas las células salen de un zigoto, inicialmente todas son iguales, porqué unas hacen caso a unas señales para diferenciarse en algo, y otras a otras para diferenciarse en otra cosa. Aquí es donde entran los idiomas. Si un alemán nos pide que hagamos algo, a menos que entendamos alemán, difícilmente lo haremos. Lo mismo les pasa a las células. Desde las primeras células que surgen de la división del zigoto, algunas saben unos idiomas, y otras otros (es decir, algunas están preparadas para reaccionar ante una determinada señal química A, y otras ante otra señal B), de forma que cuando les llega una señal, solo una parte de ellas reacciona, y ahí es donde comienza todo el proceso de diferenciación.Se trata de un proceso en cadena, ya que una determinada señal puede decirle a una determinada célula que aprenda otro “idioma”, de forma que más adelante puede reaccionar ante otra señal que le diga que se mueva hacia un determinado lugar, que empiece a activar ciertos genes para empezar a convertirse en un determinado tipo de célula, que aprenda otro idioma, que envíe una señal a otras células..., y así sucesivamente, hasta que cada célula llega a su destino diferenciada en lo que debe ser.

Esto resulta fácil de decir, pero pueden imaginarse la extrema complejidad de este proceso, las miles de moléculas distintas necesarias para ordenar todo como debe ser, el proceso, y las señales sucesivas necesarias para la formación de cada órgano y para la diferenciación de cada tipo de células es diferente, y para la gran mayoría de tipos de células es desconocido en gran parte para los científicos.

Nos queda sin embargo por comentar un detalle, hemos dicho que desde las primeras células que surgen de la división del zigoto, ya unas están preparadas para hablar unos idiomas y no otros. Si todas surgen de un mismo zigoto ¿cómo es esto posible?. La respuesta a esto es otra de las impresionantes maravillas del desarrollo embrionario. En el preciso instante en el que el espermatozoide contacta con el óvulo, el interior de éste se reorganiza, y dentro de éste hay proteínas*³preparadas para activar unos genes u otros. La reorganización deja estas proteínas perfectamente compartimentadas para que nada más se divida el zigoto, unas células hijas de éste se lleven unas determinadas proteínas, y otras otras. Esto hace que en cada una de las células hijas inmediatas del zigoto, se exprese una combinación de genes que les haga aprender unos idiomas y no otros, de forma que justo después del zigoto, nuestras células ya empiezan a ser diferentes, y están lista para el complejísimo viaje hacia su diferenciación y destino final.

*1 En realidad hay unos pocos tipos de células que son comunes a distintos órganos, pero eso no es importante para el tema que nos atañe.

*2 Esto es una simplificación de un experimento bastante más complejo que involucró a un mayor número de animales y condiciones, pero que refleja perfectamente el verdadero interés de éste.

*3 En muchos casos estas no so proteínas sino precursores de éstas (mRNAs), pero eso solo haría que complicar la comprensión del proceso así que lo pasamos por alto.