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Las células madre comunes al codesarrollo de corazón y pulmón explican la adaptación de la vida en la tierra

25/07/2013 - E.P.

La evolución de las adaptaciones para la vida en la tierra han desconcertado durante mucho tiempo a los biólogos y  poco se sabe acerca de las señales moleculares que guían el desarrollo simultáneo y cómo una célula progenitora común para ambos órganos puede influir en la patología de enfermedades relacionadas como la hipertensión pulmonar

En un artículo publicado en la revista Nature, un equipo de la Facultad de Medicina de Perelman de la Universidad de Pennsylvania, en Estados Unidos, demuestra que la vasculatura pulmonar, los vasos sanguíneos que conectan el corazón al pulmón, se desarrolla incluso en ausencia del pulmón. Los modelos experimentales en los que se inhibe el desarrollo pulmonar todavía tienen vasos sanguíneos pulmonares, lo que reveló a los investigadores que los progenitores cardiacos, o células madre, son esenciales para el codesarrollo cardiopulmonar.
Se sabe que el codesarrollo de los sistemas cardiovascular y pulmonar es una reciente adaptación evolutiva a la vida fuera del agua, es decir, el acoplamiento de la función del corazón con la función de intercambio de gases del pulmón, uno de los órganos más recientes que se han desarrollado en los mamíferos y sin duda el más importante para la vida terrestre.
La maduración coordinada de las células de estos dos sistemas se ilustra durante el desarrollo embrionario, cuando las células progenitoras primitivas del pulmón sobresalen en las células progenitoras cardiacas primitivas al desarrollarse los dos órganos en paralelo para formar la circulación cardiopulmonar.
El equipo de Penn, dirigido por Edward E. Morrisey, profesor de Medicina y Biología Celular y del Desarrollo y director científico del Instituto de Medicina Regenerativa de Penn, identificó una población de células progenitoras mesodermo cardiopulmonar multipotentes que llamaron CPP, que pueden distinguirse de muchas otras células embrionarias tempranas por la expresión de una bien estudiada molécula de señalización, Wnt2.
"Nos preguntamos si estas células progenitoras son capaces de generar corazón y pulmón, dice Morrisey. Nuestros datos muestran que existen células Wnt2 positivas antes del desarrollo del pulmón y ayudan a coordinar el codesarrollo de pulmón y corazón mediante la generación de células en ambos tejidos".
La cuestión de cómo se desarrolla el pulmón y se conecta al sistema cardiovascular ha intrigado al equipo del laboratorio de Morrisey durante muchos años. El laboratorio de Morrisey comenzó su investigación. El gran avance en este trabajo se produjo cuando el equipo caracterizó el patrón de expresión del gen Wnt2.
"Wnt2 se expresa en un lugar único en el embrión temprano, exactamente entre el inicio del corazón y el tubo de donde surgirá el pulmón", concreta este científico. Esto permitió a los autores crear un sistema modelo experimental, cuya anatomía cardiopulmonar es muy similar a la de los humanos, e investigar si las células Wnt2 positivas podrían coordinar el codesarrollo de corazón y pulmón.
Mediante el rastreo de este linaje de células, mostraron que las células Wnt2 generan clones individuales que, a su vez, generan tanto tejido de corazón como de pulmón, incluyendo cardiomiocitos y células de los vasos sanguíneos como el músculo liso vascular. Así, descubrieron que los CPP son capaces de generar la gran mayoría de tipos de células embrionarias tempranas en el corazón y el pulmón. Estos estudios también mostraron que los diferentes linajes de células en el pulmón están relacionados, por ejemplo, que el músculo liso vascular y de las vías respiratorias tienen una célula progenitora común en el pulmón.
El desarrollo de CPP está regulado por la expresión de otra proteína bien conocida llamada 'hedgehog', que se requiere para la conexión apropiada de la vasculatura pulmonar al corazón. Estos estudios muestran que 'hedgehog', que también se expresa por las células progenitoras tempranas de pulmón, ayuda a promover CPP para diferenciarse en el componente de músculo liso de la vasculatura pulmonar.
Estos descubrimientos identifican una nueva población de progenitores cardiopulmonares que coordinan el codesarrollo de corazón y pulmón, que se requiere para la adaptación a la existencia terrestre. Además, también tienen importantes implicaciones para las enfermedades que afectan a ambos órganos, como la hipertensión pulmonar, ya que no está claro si la hipertensión pulmonar es principalmente una enfermedad de pulmón o si también hay defectos intrínsecos en el corazón o el sistema cardiovascular.
La identificación de los CPP podría proporcionar datos importantes sobre la hipertensión pulmonar y otras enfermedades mediante la identificación de una célula progenitora común para ambos órganos. Los estudios futuros se centrarán en si existen CPP en el sistema cardiopulmonar adulto y si juegan un papel en la respuesta de los pulmones y el corazón a una lesión o enfermedad.