Investigación

Mecanismos de adaptación celular durante las transiciones del desarrollo

Estudio cómo las células diferenciadas reajustan la expresión génica, reorganizan su fisiología y mantienen su función cuando el desarrollo modifica las exigencias a las que están sometidas. Mi investigación se centra en la regulación postranscripcional, la organización del ARN y las proteínas y los límites fisiológicos de la adaptación celular.

Imagen de microscopía confocal procedente de una investigación en biología del desarrollo — Microscopía confocal. Imagen: Panagiotis Giannios.

El problema biológico

¿Cómo se adaptan las células diferenciadas a una señal común del desarrollo?

Durante las transiciones del desarrollo, numerosas poblaciones celulares están expuestas a un mismo entorno endocrino sistémico. Sin embargo, sus respuestas no son uniformes: las células pueden conservar su función, modificar su actividad, contribuir a la remodelación de un tejido o ser eliminadas.

Mi investigación estudia cómo los mecanismos reguladores que actúan después de la transcripción permiten que las células diferenciadas modifiquen su respuesta sin tener que cambiar necesariamente de identidad. Utilizo la transición de larva a adulto como un sistema experimental en el que pueden analizarse, dentro de un mismo contexto fisiológico, la señalización hormonal, las respuestas al estrés, la regulación postranscripcional, la amplificación genómica y la eliminación celular.

El desarrollo ofrece un contexto controlado para identificar principios generales. Los mismos mecanismos que coordinan la adaptación celular durante el desarrollo normal pueden, cuando se alteran o dejan de actuar de forma integrada, provocar cambios funcionales persistentes o inadecuados y contribuir a procesos patológicos.

Pregunta central¿Cómo interactúan la regulación postranscripcional, la organización del ARN y las proteínas y la fisiología celular para determinar si una célula diferenciada puede adaptarse a una transición del desarrollo?

Preguntas de investigación relacionadas

Regulación postranscripcional y organización del ARN y las proteínas

Los cambios en la transcripción son solo una de las vías mediante las que una célula responde a las señales del desarrollo. Los ARN mensajeros ya presentes también pueden redistribuirse con rapidez entre la traducción, el almacenamiento temporal y la degradación. Estudio cómo los gránulos RNP —entre ellos los gránulos de estrés y los P-bodies— organizan este nivel de regulación, y cómo su formación, composición y propiedades materiales influyen en la disponibilidad de determinados ARN para la síntesis de proteínas. Me interesa especialmente la contribución de la condensación biomolecular y la separación de fases líquido–líquido a estos procesos dinámicos.

Regulación endocrina más allá de la transcripción

Las hormonas se han entendido principalmente como reguladores del desarrollo a través de programas transcripcionales. Mi trabajo de hipótesis amplía esta perspectiva al plantear que las señales endocrinas también pueden modificar la formación, la composición y el estado físico de los gránulos RNP, ya sea mediante vías dependientes de la transcripción o por mecanismos no genómicos más rápidos. A su vez, los gránulos RNP pueden modular las respuestas hormonales al controlar la traducción, la estabilidad, el almacenamiento y la degradación de determinados ARN mensajeros, estableciendo una relación bidireccional entre la señalización endocrina y la organización postranscripcional.

Adaptación al estrés y Headcase

Las transiciones del desarrollo imponen exigencias metabólicas, biosintéticas y organizativas. Las células deben preservar la síntesis de proteínas y la regulación del ARN mientras se adaptan a unas necesidades fisiológicas cambiantes. Mi trabajo sobre Headcase identifica una familia de proteínas de gránulos RNP conservada a lo largo de la evolución e implicada en la organización de gránulos de estrés y P-bodies, el control de la traducción y la protección frente al estrés celular. Esto proporciona una vía experimental para estudiar cómo la organización postranscripcional contribuye a la resistencia de las células.

Límites fisiológicos de la adaptación

La capacidad de adaptación de una célula no es ilimitada. El aumento del contenido genómico puede favorecer funciones especializadas, pero también modifica el tamaño celular, las exigencias biosintéticas y las relaciones de escala dentro de la célula. Estudio la poliploidía como una condición fisiológica que puede alterar el equilibrio entre la demanda reguladora y la capacidad celular. En este marco, la ploidía no constituye por sí sola el objeto del programa de investigación, sino un modelo experimental para analizar por qué un sistema regulador eficaz a una determinada escala puede resultar insuficiente a otra.

Cuando la adaptación no es suficiente: remodelación y eliminación celular

Cuando los mecanismos de adaptación y homeostasis dejan de ser suficientes, las células pueden entrar en programas de remodelación o eliminación. Mi investigación ha analizado cómo la autofagia contribuye a la histólisis durante el desarrollo y cómo esta respuesta se relaciona con la amplificación genómica. En este contexto, la autofagia se considera parte de la maquinaria que interviene cuando ya no puede mantenerse el equilibrio entre las exigencias del desarrollo y la capacidad de la célula.

Biofísica interdisciplinar

Óptica biomédica y caracterización cuantitativa de tejidos

Otra vertiente de mi investigación se sitúa en la interfaz entre la biología, la física, la ingeniería y la medicina clínica.

En óptica biomédica he estudiado las propiedades ópticas de muestras quirúrgicas de tejido humano y he desarrollado métodos para caracterizar la interacción entre la luz y los tejidos biológicos. Este trabajo analiza cómo las mediciones físicas reflejan la organización biológica y si las propiedades ópticas pueden contribuir a diferenciar condiciones tisulares de relevancia clínica.

La investigación ha incluido el análisis del comportamiento refractivo de tejidos normales y patológicos, el desarrollo de métodos de medida para medios biológicos que atenúan la luz y la colaboración entre disciplinas experimentales, físicas y clínicas.

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Proyección y contribuciones seleccionadas

De la adaptación celular a la plasticidad de los tejidos y la enfermedad

El objetivo a largo plazo de mi investigación es comprender cómo la organización dinámica del ARN y las proteínas permite que las células diferenciadas ajusten su función frente a señales sistémicas, y cómo distintos condicionantes fisiológicos limitan esta flexibilidad reguladora.

Durante el desarrollo normal, estos mecanismos deben coordinarse entre células y tejidos para mantener la función y, al mismo tiempo, permitir una remodelación profunda. Cuando esa coordinación falla —o cuando las respuestas adaptativas se vuelven persistentes, insuficientes o inadecuadas— los mismos procesos reguladores pueden contribuir a alteraciones patológicas del comportamiento celular.

Estos principios pueden ser relevantes para la regeneración y el envejecimiento, así como para la poliploidía patológica, la adaptación tumoral, la resistencia a los tratamientos y otros cambios funcionales asociados a la enfermedad.

Regulación hormonal y gránulos RNP

Hormones and RNP granules — crosstalk in gene regulation across species

Marco de hipótesis que propone una regulación bidireccional entre las señales endocrinas y los gránulos RNP, con consecuencias para la traducción, la estabilidad y el almacenamiento de los ARN mensajeros y para respuestas celulares dependientes del contexto.

Headcase y adaptación al estrés