El estudio identifica la proteína BRAVO, específica de células madre, que frena el crecimiento celular desencadenado por hormonas. Permite entender cómo se controla la actividad de las células madre por hormonas, común en animales y plantas. El mecanismo puede ayudar a desarrollar plantas más resistentes a condiciones adversas.
Un trabajo liderado por Ana Caño-Delgado, investigadora del CSIC en el Centre de Recerca en Agrigenómica (CRAG), ha identificado en la planta Arabidopsis una molécula que bloquea la proliferación de las células madre promovida por hormonas esteroides vegetales (brasinoesteroides). Se trata de un factor de transcripción que han bautizado como BRAVO (acrónimo del Brasinoesteroides en el Centro Vascular y Organizativo, en inglés).
Tal como demuestran los científicos, BRAVO sólo está presente en el nicho de células madre (en el vídeo, que muestra una perqueña raiz en crecimiento, se puede ver marcado BRAVO, en verde, en la base de la raiz) donde contrarresta y reprime la división celular desencadenada por hormonas. Actúa, tal como la definen, como una “cerradura de seguridad” que evita la proliferación celular desmesurada. El trabajo se publica en la prestigiosa revista Developmental Cell.
“Creemos”, dicen los científicos en su trabajo, “que BRAVO confiere a las células madre la capacidad de superar los factores de estrés externos”, factores que desencadenan una sobreexpresión de esteroides vegetales, los cuales a su vez inducen el crecimiento celular. Sin este control, habría una proliferación sin control de las células, la planta no se desarrollaría correctamente y perdería su capacidad de adaptarse a los cambios ambientales. Por eso, este trabajo puede ayudar a desarrollar plantas más resistentes a condiciones adversas.
Algo similar pasa en animales cuando hay un incontrolado crecimiento celular, que en ese caso deriva en un tumor. El hallazgo también puede ayudar a entender la proliferación celular mediada por hormonas y su control, y en la investigación contra los cánceres hormono-dependientes.
Este trabajo forma parte del doctorado de Josep Vilarrasa-Blasi, estudiante en el laboratorio de Ana Caño-Delgado. Se ha contado con la colaboración del grupo de físicos dirigido por Marta Ibañes, de la Universidad de Barcelona, quienes han modelizado matemática y computacionalmente el efecto de las interacciones de la proteína BRAVO con la hormona esteroide BES1. Los resultados y predicciones de este modelo computacional se han confirmado con los experimentos realizados en el laboratorio del CRAG. En el trabajo también han participado investigadores de la Universidad de Duke (EEUU), Universidad de Heidelberg (Alemania) y del CNRS (Francia), y de la Universidad Pompeu Fabra (Barcelona).
El sutil equilibrio entre la división y no división celular
Las plantas disponen de células no diferenciadas que les confieren un crecimiento indefinido: son los llamados meristemos, tejidos embrionarios que se hallan en el extremo de las raíces y de los tallos, y que permiten a la planta crecer a lo largo de toda su vida. También tienen un reservorio o nicho de células madre en la base de la raíz primaria (lo primero que emerge del embrión).
Ana Caño-Delgado y su equipo demostraron, en trabajos anteriores, que los esteroides vegetales controlan la progresión del ciclo celular y la diferenciación de los meristemos de las raíces de la planta modelo Arabidopsis (ver enlaces debajo). También demostraron que el aumento en la expresión de esteroides induce una diferenciación celular acelerada y “masiva” de las células, hasta el punto de que se agota la reserva de células madre y las plantas no crecen.
En condiciones naturales, la planta consigue un equilibrio de división-no división en el nicho de células madre: mantiene un núcleo de células que no se dividen (lo que se denomina “estado de quiescencia”) a pesar de estar rodeadas de células madre que han recibido la señal de las hormonas esteroides y se están dividiendo y proliferando rápidamente. ¿Qué hace que las células quiescentes del nicho no se dividan? Ésta era la pregunta que aun no se había conseguido responder y para la cual este trabajo aporta el hallazgo de BRAVO.
Técnicas de gran resolución
Para identificar BRAVO, el equipo ha usado técnicas específicas y de gran resolución (citometría de flujo con marcadores específicos de células madre) para identificar los genes implicados en la respuesta hormonal y que sólo están en células concretas de un tejido, lo que supone un gran avance científico. “Estas técnicas”, dice Ana Caño-Delgado, “nos permiten identificar qué genes de la planta, de los 28.000 en el caso de Arabidopsis, actúan en células concretas. Eso es muy novedoso porque normalmente se estudian los genes que actúan en órganos enteros de la planta (hoja, raíz, tallo…) y ha permitido identificar a BRAVO, que se encuentra exclusivamente en el nicho de células madre”.
Trabajando con plantas modificadas, han visto que aquellas que no expresan BRAVO tienen una alta tasa de división celular, mientras que en las que se sobreexpresa BRAVO, no hay división celular ni crecimiento de las raíces.
Los científicos también han demostrado que BRAVO bloquea directamente el crecimiento celular mediado por hormonas. Concretamente, han visto que BRAVO bloquea la hormona BES1, la cual “actúa como un interruptor que modula la división de las células en el nicho celular”.
BRAVO asegura las bajas tasas de proliferación celular y confiere a la planta la capacidad de adaptarse a cambios del entorno. Entender este tipo de mecanismo es esencial para conseguir plantas que respondan adecuadamente a situaciones adversas.
El Centre de Recerca en Agrigenómica (CRAG) es un consorcio CSIC-IRTA-UAB-UB.
Regulation of Plant Stem Cell Quiescence by a Brassinosteroid Signaling Module. Josep Vilarrasa-Blasi, Mary-Paz González-García, David Frigola, Norma Fàbregas, Konstantinos G. Alexiou, Nuria López-Bigas, Susana Rivas, Alain Jauneau, Jan U. Lohmann, Philip N. Benfey, Marta Ibañes, Ana I. Caño-Delgado. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.devcel.2014.05.020
Enlaces a trabajos anteriores relacionados:
Plant Cell 2013 http://www.dicat.csic.es/dicat/ca/2013/277-hallan-receptores-hormonales-especificos-de-las-celulas-madre-de-las-plantas