Cuando las células se dividen, generalmente generan dos células hijas idénticas. Sin embargo, existen algunas excepciones importantes a esta regla: cuando las células madre se dividen, a menudo producen una célula diferenciada junto con otra célula madre, para mantener el conjunto de células madre.

Yukiko Yamashita ha pasado gran parte de su carrera explorando cómo ocurren estas divisiones celulares "asimétricas". Estos procesos son de vital importancia no solo para que las células se desarrollen en diferentes tipos de tejido, sino también para que las células de la línea germinal, como los óvulos y los espermatozoides, mantengan su viabilidad de generación en generación.

“Venimos de las células germinales de nuestros padres, que solían ser también células individuales que procedían de las células germinales de sus padres, que solían ser células individuales que procedían de sus padres, y así sucesivamente. Eso significa que nuestra existencia se puede rastrear a través de la historia de la vida multicelular”, dice Yamashita. "Cómo las células germinales logran no extinguirse, mientras que nuestras células somáticas no pueden durar tanto, es una pregunta fascinante".

Yamashita, quien comenzó su carrera docente en la Universidad de Michigan, se unió al MIT y al Instituto Whitehead en 2020, como titular inaugural de la Cátedra Susan Lindquist para Mujeres en la Ciencia y profesora en el Departamento de Biología. Se sintió atraída por el MIT, dice, por el afán de explorar nuevas ideas que encontró entre otros científicos.

“Cuando visité el MIT, realmente disfruté hablar con la gente aquí”, dice. “Son muy curiosos y están muy abiertos a ideas no convencionales. Me di cuenta de que me divertiría mucho si venía aquí”.

Explorando paradojas

Antes incluso de saber qué era un científico, Yamashita sabía que quería serlo.

“Mi padre era un admirador de Albert Einstein, así que por eso crecí pensando que la búsqueda de la verdad es lo mejor que puedes hacer con tu vida”, recuerda. “A la edad de 2 o 3 años, no sabía que existía un profesor o un científico, pero pensé que hacer ciencia era probablemente lo mejor que podía hacer”.

Yamashita se especializó en biología en la Universidad de Kyoto y luego se quedó para obtener su doctorado, estudiando cómo las células hacen copias exactas de sí mismas cuando se dividen. Como posdoctorado en la Universidad de Stanford, se interesó en las excepciones a ese proceso cuidadosamente orquestado y comenzó a estudiar cómo las células experimentan divisiones que producen células hijas que no son idénticas. Este tipo de división asimétrica es fundamental para los organismos multicelulares, que comienzan su vida como una sola célula que eventualmente se diferencia en muchos tipos de tejido.

Esos estudios llevaron a un descubrimiento que ayudó a anular teorías anteriores sobre el papel del llamado ADN basura. Se pensaba que estas secuencias, que constituyen la mayor parte del genoma, eran esencialmente inútiles porque no codifican ninguna proteína. A Yamashita le parecía paradójico que las células llevaran tanto ADN que no servía para nada.

“Realmente no podía creer que una gran cantidad de nuestro ADN sea basura, porque cada vez que una célula se divide, todavía tiene la carga de replicar esa basura”, dice. “Entonces, mi laboratorio comenzó a estudiar la función de esa basura y luego nos dimos cuenta de que es una parte realmente importante del cromosoma”.

En las células humanas, el genoma se almacena en 23 pares de cromosomas. Mantener todos esos cromosomas juntos es fundamental para la capacidad de las células para copiar genes cuando se necesitan. Durante varios años, Yamashita y sus colegas en la Universidad de Michigan, y luego en el MIT, descubrieron que tramos de ADN basura actúan como códigos de barras, etiquetando cada cromosoma y ayudándolos a unirse a las proteínas que agrupan los cromosomas dentro del núcleo celular.

Sin esos códigos de barras, los cromosomas se dispersan y comienzan a filtrarse fuera del núcleo de la célula. Otra observación intrigante con respecto a estos tramos de ADN basura fue que tienen una variabilidad mucho mayor entre diferentes especies que las regiones de ADN que codifican proteínas. Al cruzar dos especies diferentes de moscas de la fruta, Yamashita demostró que en las células de las moscas descendientes híbridas, los cromosomas se filtran como lo harían si perdieran sus códigos de barras, lo que sugiere que los códigos son específicos de cada especie.

“Creemos que esa podría ser una de las principales razones por las que diferentes especies se vuelven incompatibles, porque no tienen la información correcta para agrupar todos sus cromosomas en un solo lugar”, dice Yamashita.

Longevidad de las células madre

El interés de Yamashita en las células madre también la llevó a estudiar cómo las células de la línea germinal (las células que dan lugar a los óvulos y los espermatozoides) mantienen su viabilidad durante mucho más tiempo que las células normales del cuerpo a lo largo de generaciones. En las células animales típicas, un factor que contribuye al declive relacionado con la edad es la pérdida de secuencias genéticas que codifican genes que las células usan continuamente, como los genes para los ARN ribosómicos.

Una célula humana típica puede tener cientos de copias de estos genes críticos, pero a medida que las células envejecen, pierden algunas de ellas. Para las células de la línea germinal, esto puede ser perjudicial porque si los números son demasiado bajos, las células ya no pueden formar células hijas viables.

Yamashita y sus colegas descubrieron que las células de la línea germinal superan esto al arrancar secciones de ADN de una célula hija durante la división celular y transferirlas a la otra célula hija. De esa manera, una célula hija tiene el complemento completo de esos genes restaurados, mientras que la otra célula es sacrificada.

Esa estrategia derrochadora probablemente sería demasiado extravagante para funcionar con todas las células del cuerpo, pero para la pequeña población de células de la línea germinal, la compensación vale la pena, dice Yamashita.

“Si las células de la piel hicieran ese tipo de cosas, donde cada vez que haces una célula, básicamente estás destrozando la otra, no podrías permitírtelo. Estarías desperdiciando demasiados recursos”, dice ella. “Las células germinales no son críticas para la viabilidad de un organismo. Tienes el lujo de poner muchos recursos en ellos, pero luego dejas que solo la mitad de las células se recuperen”.