Dos proteínas de salamandra hacen crecer hueso al ratón amputado

El hallazgo en dos frases¶

A una salamandra a la que le amputas una pata le crece otra: hueso, músculo, nervios y piel, en el mismo orden en el que estaban. Lo que sigue es la historia de dos proteínas que permiten ese truco, nAG y Prod1, y de lo que pasa cuando se las pone a trabajar en un ratón.

Por qué una salamandra y no un ratón¶

El ajolote y los tritones son los animales de laboratorio más usados para estudiar regeneración de extremidades.

Lo que conservan en la edad adulta es algo que los mamíferos perdimos: un grupo de células madre capaz de reconstruir una estructura completa a partir de un muñón.

El proceso, visto en un vídeo de hora y media, parece mágico. Visto al microscopio, es un trabajo de orquesta. Cuando se corta la pata, las células de la piel migran rápido para tapar la herida y forman una capa gruesa llamada epidermis apical. Debajo, las células próximas al corte se desdiferencian: pierden su aspecto de músculo, de hueso o de nervio y vuelven a un estado más primitivo, parecido al de una célula embrionaria. Esa masa de células indiferenciadas se llama blastema.

El blastema tiene que hacer tres cosas a la vez: dividirse, organizarse y recordar en qué punto del eje del cuerpo está para reconstruir solo las estructuras que faltan. Si fallas en lo segundo, sale una pata de más. Si fallas en lo tercero, sale una cola en lugar de una pata.

Aquí entran los nervios. Hace casi 200 años que se sabe que la salamandra no regenera si le quitas los nervios que llegan al muñón. La hipótesis más aceptada es que los nervios no solo llevan señal eléctrica: liberan señales químicas que las células del blastema necesitan para empezar a dividirse.

El equipo nAG y Prod1¶

Durante años varios laboratorios intentaron aislar esas señales nerviosas. En 2011 un grupo de Londres identificó una proteína secretada por las células de Schwann, las que envuelven los nervios, que bastaba para rescatar la regeneración en salamandras sin nervios. La llamaron nAG, por newt Anterior Gradient.

nAG no trabaja sola. Encaja en otra proteína anclada a la membrana de las células del blastema llamada Prod1. Prod1 es la antena: cuando nAG se une a ella, la célula recibe la orden de entrar en división. Un estudio publicado en PLOS ONE en 2016 confirmó que bloquear Prod1 con anticuerpos específicos frena esa división, y que mutar el sitio activo de nAG impide que cumpla su función.

Prod1 tiene una particularidad curiosa: solo existe en salamandras y tritones. Es un gen huérfano, sin equivalente claro en mamíferos. Esto sugiere que el sistema nervioso de la salamandra usa un receptor privado para una señal privada, una solución evolutiva que no está disponible para nosotros.

En el mismo campo se ha identificado otra señal nerviosa clave: la proteína neuregulina 1, o NRG1. Un trabajo de 2016 en Development mostró que añadir NRG1 al muñón de un ajolote sin nervios bastaba para reactivar la regeneración, y que bloquearla en un animal sano impedía formar el blastema. nAG y NRG1 probablemente cooperan: una pone la señal y la otra prepara a la célula para responder.

Lo que pasa cuando esto se prueba en un ratón¶

Que un sistema funcione en salamandra no implica que sirva en mamíferos. Los mamíferos tenemos células madre en la médula ósea y en la piel, pero la organización de un muñón regenerativo se perdió hace mucho.

En 2016 un equipo publicó en Plastic and Reconstructive Surgery un experimento pequeño: 16 ratones a los que se amputó la punta de la falange distal. A ocho se les inyectó en la almohadilla de la pata una mezcla con los genes de nAG y Prod1, para que las células del muñón empezaran a producirlos. A los otros ocho, solo la solución sin genes. El seguimiento duró varias semanas y se midió la regeneración con histología y con un marcador de hueso maduro, la osteocalcina.

Los resultados fueron llamativos: los ratones tratados formaron hueso nuevo más rápido y más maduro. El ARN de osteocalcina en el muñón se multiplicó por 21 respecto a los controles. Es un experimento pequeño, sin aleatorización declarada y limitado a la punta del dedo, pero encaja con una idea importante: las señales de la salamandra pueden despertar, al menos parcialmente, la regeneración en un mamífero.

Qué no significa todo esto¶

Las notas de prensa suelen meter estas investigaciones en el mismo saco que la regeneración humana de extremidades. Es un error. Regenerar una falange distal en un ratón y regenerar un brazo en una persona son problemas que se parecen tanto como construir una caseta de perro y construir un rascacielos: comparten ladrillos, pero la escala, la estructura y la regulación son completamente distintas.

Para que un humano regenerase tejido faltante de verdad harían falta, como mínimo, cinco cosas a la vez: células madre adecuadas en el sitio correcto, vascularización para nutrirlas, nervios que liberen señales de apoyo, un patrón espacial que indique dónde va cada hueso y un sistema inmune que no se descontrole.

De las cinco, las salamandras resuelven las cinco con soltura. Los mamíferos, solo a medias y en tejidos concretos: el hígado regenera bastante, la médula ósea repone células de la sangre, la punta de algunos dedos en niños puede volver a salir. Lo que no hemos recuperado es la pieza clave del mecanismo de la salamandra: la antena Prod1, el receptor privado que solo ellas tienen.

Por qué importa aun así¶

Aunque mañana no se fabrique una terapia con nAG y Prod1, esta línea de investigación cambia la pregunta. Durante décadas se asumió que los mamíferos éramos incapaces de regenerar porque no teníamos los genes necesarios. Los trabajos con nAG, NRG1 y Prod1 muestran que el problema es más fino: tenemos piezas parecidas y nos faltan interruptores.

Entender qué hace Prod1 y qué proteína podría hacer de sustituto en mamíferos es la siguiente parada. Varios grupos están probando AGR2, una proteína humana de la misma familia que nAG, en modelos de herida de piel y de intestino, con resultados prometedores en ratón.

Un caso paralelo en otro animal¶

La naturaleza reusa mecanismos. Y a veces los reusa para tareas opuestas a las que parecen hechas.

La naturaleza recurre a trucos parecidos cuando repara tejido, aunque sea en especies muy lejanas: en este medio ya contamos cómo en moscas unas células que habían empezado el proceso de muerte terminan reparando tejido en vez de desaparecer, otro ejemplo de regeneración tisular que reusa un mecanismo en principio pensado para otra cosa.

Qué falta por saber¶

Tres preguntas abiertas que marcan el calendario:

• Qué proteína humana puede hacer de antena cuando se le pone nAG delante, o si hay que diseñarla desde cero en el laboratorio.
• Si los macrófagos y el sistema inmune, tan distintos en salamandra y mamífero, limitan la respuesta cuando se prueba la terapia fuera del ratón.
• Si los niños pequeños, que aún conservan cierta capacidad de regenerar la punta del dedo, tienen más o menos de estas señales activas que los adultos.

Fuentes¶

• Mechanism of Action of Secreted Newt Anterior Gradient Protein (PLOS ONE, 2016)
• Expression of nAG and Prod-1 in Terminal Phalanx Amputation Stumps of Adult Mice (Plastic and Reconstructive Surgery, 2016)
• Neuregulin-1 signaling is essential for nerve-dependent axolotl limb regeneration (Development, 2016)
• An orphan gene is necessary for preaxial digit formation during salamander limb development (Nature Communications, 2015)