El GPS del genoma: los genes Hox y cómo codifican la posición de una célula en el organismo

Todas nuestras células comparten el mismo genoma, sin embargo, nuestro cuerpo presenta miles de tipos de células diferentes distribuidos en cada uno de nuestros tejidos y órganos. ¿Cómo sabe una célula de un organismo multicelular dónde se encuentra? Gracias a su posición en los ejes de desarrollo del organismo, que vienen determinados por el estado de los 39 genes Hox que residen en la cromatina de nuestras células. Cada uno puede estar en dos estados, activo (ON) o inactivo (OFF), codificando un número binario. El resultando son 2^39 = 0,55 billones de posibles posiciones. ¿Qué combinación de genes Hox determina que un dedo sea índice, corazón o meñique? Las nuevas técnicas de secuenciación genómica están mostrando que la combinación exacta de genes Hox no es la misma para todas las células del dedo, sino que depende del tipo de célula (fibroblastos, células endoteliales, células musculares, células de grasa o de hueso). Las células recuerdan tanto su origen (la ubicación del sitio en el que se desarrollaron) como su posición final en el cuerpo. Estos mecanismos constituyen una especie de GPS para el genoma, como nos propone el artículo de Howard Y. Chang, “Anatomic Demarcation of Cells: Genes to Patterns,” Science, 326: 1206-1207, 27 November 2009. Este artículo es uno de los 6 artículos del número especial de la revista Science de hoy dedicado a este interesante problema que nos presenta Stella Hurtley, “Location, Location, Location,” Science 326: 1205, 27 November 2009.

El principio organizador de la diversidad celular en los organismos multicelulares es su posición anatómica. La posición de una célula dentro de nuestro organismo y la posición de los constituyentes de dicha célula dentro de ella determinan su tipo y las funciones que será capaz de desempeñar. Poco a poco se está empezando a desentrañar el código que almacena la posición de una célula, los genes que codifican las proteínas que las diferencian de otras células, gracias a los avances en genómica funcional. En concreto, el papel regulador de los genes Hox y su interacción con los estados de la cromatina como determinantes de la identidad posicional de cada célula.

El genoma es como un dispositivo GPS que codifica la posición de cada célula en nuestro organismo. Nuestras células están regenerándose continuamente, por lo que el genoma se enfrenta al problema de garantizar el perfecto funcionamiento de esta compleja organización durante toda la vida. Los descubrimientos recientes indican que la posición de la célula se determina en función de los ejes de desarrollo del animal, por ejemplo, los ejes antero-posterior (que va de la cabeza a la cola) y proximal-distal (cerca o lejos del tronco, en dirección a las extremidades y otros apéndices del cuerpo). La posición a lo largo de estos ejes es determinada por los genes Hox (u homeóticos). Estos genes codifican factores de transcripción que controlan la morfogénesis del cuerpo durante el desarrollo embrionario. Todavía no se ha descifrado cuáles son todos estos ejes y qué representa exactamente cada gen Hox. Se esperan grandes avances en su comprensión en los próximos años.