Música en el intestino: Mátame, quizás

Amigos, les estoy enviando el artículo científico de la quincena sobre ciencia y fe.

Bendiciones, Andres

Por Katie Galloway

La vida y la muerte en el intestino es cuestión de ubicación, contexto y compañía

Ubicación

El sistema digestivo humano desempeña una asombrosa cantidad de tareas para descomponer la comida y absorber nutrientes.  La digestión está coordinada espacial y temporalmente a lo largo de muchos órganos para asegurar que las enzimas (que descomponen la comida) lleguen en la medida necesaria.  El moco a lo largo del tracto gastrointestinal protege una capa de células (llamada la capa de células epiteliales[CE]) de los ácidos entéricos (¡asegurándose de que no seas digerido!).  En esta ubicación, el revestimiento intestinal, el cual es requerido para sacar energía y otros nutrientes clave, actúa como la primera línea de defensa contra virus, bacterias dañinas y parásitos.

No es de sorprenderse que la capa de CE – una verdadera trinchera de batalla – vive una vida intensa pero breve, y su población de células es reemplazada completamente cada 4-5 días.  Sus tareas múltiples y diversas requieren coordinación con el sistema inmune para asegurar una respuesta apropiada a las amenazas inmunológicas y promover la homeostasis del tejido (estabilidad).  Aunque los humanos no se den cuenta, la vida y la muerte es orquestada a través de señales variadas y complejas enviadas entre las células del intestino y las células inmunes residentes.  El balance preciso entre la vida y la muerte es crítico para mantener la integridad de la capa CE y prevenir una inflamación crónica.

Una de estas señales de las células, TFN-α, es una señal pro-apoptosis (estimula la muerte programada de la célula) secretada por los macrófagos (células que destruyen los antígenos extraños), que han sido activados por la detección de una invasión bacteriana.  Los macrófagos componen parte de la respuesta inmune innata, un grupo de células que responden a los desafíos inmunológicos iniciales.  La falta de calibración de TNF-α puede resultar en la inflamación crónica y el desarrollo de una cantidad de problemas inmunológicos (como la enfermedad inflamatoria intestinal).

Contexto

Recientemente, los investigadores han utilizado la biología de sistemas (el estudio de los sistemas dinámicos integrados) para probar las rutas de las señales y generar mecanismos que permiten la coordinación precisa de la vida y la muerte dentro del intestino.  Los científicos observaron el destino celular en dos (de los tres) diferentes regiones del intestino delgado, el duodeno (superior) y el íleon (inferior), cuando las dosis de TFN-α se administraron en ratones.

Sorprendentemente, los glóbulos blancos en el duodeno respondieron mediante la apoptosis (muerte celular programada), las células en el íleon respondieron mediante la proliferación (crecimiento acelerado).  El análisis de las redes de señales indicó que el duodeno y el íleon están equipados con diferentes respuestas dinámicas al TFN-α, que se reflejan en el destino celular.  Estos resultados resaltan las capacidades de procesamiento complejas de las células incluso en el mismo órgano.  Aunque el propósito de las respuestas diferentes  al TFN-α no es todavía claro, estos resultados sugieren que las terapias dirigidas a la ruta intestinal TFN-α podría tener resultados heterogéneos y no intencionados.  Por ejemplo, un investigador médico podría administrar TFN-α para tratar el cáncer en el duodeno, pero la misma señal celular haría crecer la enfermedad en el íleon.

Compañía

Adicionalmente a la regulación espacial del destino celular en el intestino, la compañía que tienen las células también influencia la decisión celular.  Los investigadores utilizaron un enfoque de biología de sistemas parecido para descubrir la interconexión entre las células inmunes y la capa CE en la regulación de la homeostasis intestinal.

Enfocándose en el duodeno, los investigadores observaron que en ausencia del sistema inmune adaptable (células T y B), donde los patógenos son “recordados”, la muerte celular programada se incrementó significativamente.  Los investigadores identificaron una señal protectora, citosina MCP-1, que faltaba en ausencia de la inmunidad adaptable.  Sin embargo, esta señal fue producida débilmente por las células inmunes, y la adición de MCP-1 en ratones sin inmunidad adaptable (sin memoria) no redujo la apoptosis.   Al contrario, la MCP-1 producida por las células pareció bloquear la migración de células pro-apoptosis llamadas pDCs.  Estas pDCs secretan una señal adicional pro-apoptosis llamada INFγ.  La adición de INFγ con TFN-α resultó en un incremento de muerte celular incluso en presencia de inmunidad adaptable, indicando que la inmunidad adaptable normalmente reduce la muerte al modular la señal secundaria INFγ.

Los investigadores no han identificado los mecanismos por medio de los cuales el sistema inmune adaptable modula esta respuesta.  La imagen que surge del intestino es entonces una donde hay señales complejas, altamente integradas y que dependen de su contexto y de eventos orquestados y coordinados a través de mecanismos extra e intracelulares para mantener la homeostasis apropiada del tejido bajo condiciones cambiantes.

Aunque este sistema complejo y orquestado no necesariamente descarta la posibilidad de un mecanismo evolucionario, sí demuestra su diseño en su organización.  La señalización debe ser coordinada a tiempo para generar la respuesta precisa, y estos eventos son mediados mediante una red dinámica de señales que están codificadas en el ADN.  Más allá de la orquestación temporal y molecular, los eventos deben estar ordenados con precisión en por lo menos siete diferentes tipos de células, cada una con un rol crítico en responder a las amenazas inmunológicas.  El diseño elegante de estos sistemas y los muchos niveles de orquestación se suman a la creciente evidencia de un diseño observado en los sistemas biológicos.

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