Nuestras entrañas y todos nuestros órganos están dispuestos en patrones asimétricos de izquierda a derecha dentro de nuestros cuerpos, de modo que todo pueda caber.

Al mismo tiempo, el desarrollo de órganos como el intestino es cualquier cosa menos fortuito. En embriones sanos, la rotación del intestino durante el desarrollo siempre ocurre en sentido contrario a las agujas del reloj y está perfectamente sincronizada. Es un proceso complicado que los científicos han trabajado durante mucho tiempo para comprender.

Ahora, un estudio publicado el 23 de septiembre en la revista Science encuentra que la rotación intestinal durante el desarrollo está orquestada por dos ondas de expresión de un factor de transcripción llamado Pitx2. Resulta que la segunda ola se desencadena por señales mecánicas dentro de un tejido elástico que ancla el tubo intestinal y luego se convierte en un conducto para los vasos sanguíneos y linfáticos que irrigan el tubo intestinal.

Los hallazgos tienen implicaciones importantes para comprender los mecanismos básicos de cómo se forman los órganos, lo que podría ayudar en los esfuerzos para diagnosticar y prevenir defectos de nacimiento, como la malrotación intestinal y el vólvulo, donde los intestinos en desarrollo se retuercen y se estrangulan.

«Todo el tracto gastrointestinal es un tubo que absorbe todos nuestros nutrientes, y es gigante, por lo que tiene que formar un bucle para caber dentro de nuestro cuerpo», dijo Natasza Kurpios, profesora asociada de medicina molecular en la Facultad de Medicina Veterinaria y autora principal de el estudio. Bhargav D. Sanketi, estudiante de doctorado en el laboratorio de Kurpios, es el primer autor del artículo.

«Lo que descubrimos hace años es que los bucles están muy conservados y muy, muy regulados», dijo Kurpios.

Resulta que órganos como el corazn, el hígado, los pulmones y el intestino (intestinos) están situados asimétricamente : se encuentran en un lado del cuerpo, o se extienden a la izquierda y a la derecha, pero no están centrados. Comprender cómo se forma el intestino con asimetría izquierda-derecha podría revelar patrones de desarrollo que se encuentran en otros órganos, como el corazón.

El trabajo anterior ha demostrado que un gen llamado Nodal induce la primera ola de Pitx2 para establecer el plan corporal temprano. Pero la presencia de Nodal es de corta duración, y una vez que estimula la expresión de Pitx2, desaparece antes de que ocurra la rotación intestinal. Por lo tanto, durante mucho tiempo se desconocía cómo Pitx2 se mantiene activo para dirigir la rotación intestinal cuando Nodal no está. «Nuestra primera sorpresa fue que la expresión de Pitx2 en realidad desaparece y luego regresa cuando el tubo intestinal está listo para hacer un bucle», dijo Kurpios. «Entonces la pregunta era, ¿qué despierta a Pitx2?»

Los investigadores encontraron que un sensor, TGF-beta, permanece latente hasta que se activa por fuerzas mecánicas. En el caso del intestino, esto está dictado por el mesenterio dorsal que se une y mantiene el tubo intestinal en su lugar. Para dirigir la rotación, el tejido del mesenterio dorsal se expande espectacularmente en el lado derecho y se compacta en el izquierdo. Cuando lo hace, TGF-beta detecta estas fuerzas cambiantes y activa la expresión de una segunda ola de Pitx2, que estimula el bucle del tubo intestinal. En otras palabras, la onda de Pitx2 que establece la asimetría corporal es diferente de la onda que rota el intestino.

En el estudio, los investigadores utilizaron embriones de pollo y ratones modificados genéticamente, lo que permite a Kurpios y sus colegas abrir una pequeña ventana en la cáscara del huevo para que puedan ver el desarrollo y manipular la expresión génica.

El laboratorio del coautor Jan Lammerding, profesor de la Escuela de Ingeniería Biomédica de Meinig, utilizó una sonda en embriones vivos para medir la rigidez y la elasticidad en el mesenterio dorsal. Las mediciones revelaron una expansión en el lado derecho y el frenado inducido por TGF-beta-Pitx2 de esa expansión en el lado izquierdo, lo que creó la cantidad perfecta de inclinación en el tejido para un bucle adecuado del tubo intestinal.

El estudio fue apoyado por el Instituto Nacional de Diabetes y Enfermedades Digestivas y Renales; la Marcha de Dimes; el Instituto Nacional del Corazón, los Pulmones y la Sangre; la Fundación Volkswagen; y el Centro de Cornell para la Genómica de Vertebrados.