Morfógeno

Qué es un morfógeno

La palabra morfógeno combina la raíz griega morphé (forma) con el sufijo -geno, procedente de gennao (γεννάω), engendrar o producir. Ese mismo sufijo aparece en términos tan distintos como oxígeno o patógeno, y en todos los casos aporta el mismo matiz: algo que genera o produce aquello que nombra la raíz. Un morfógeno es, de manera literal, aquello que genera forma.

En biología del desarrollo, un morfógeno es una molécula señalizadora que cumple dos condiciones: se difunde desde una fuente localizada formando un gradiente de concentración a través del tejido, y actúa de forma directa sobre las células, sin necesidad de una cadena de señales intermedias entre unas y otras. Cada célula «lee» la concentración que le llega y responde activando genes distintos según el umbral alcanzado. Así, un solo mensaje químico basta para asignar destinos diferentes a células que, en un principio, eran indistinguibles entre sí.

Mecanismo de acción: gradientes y umbrales

El modelo más conocido para explicar este mecanismo se llama, de forma un tanto pintoresca, la bandera francesa: imagina tres territorios celulares con destinos distintos, como las tres franjas de la bandera de Francia. Cerca de la fuente, donde la concentración de morfógeno es alta, las células adoptan un primer destino. A media distancia, con una concentración intermedia, adoptan otro. Más allá de cierto umbral mínimo, la señal ya no basta para activar ninguno de los dos programas anteriores, y el destino que queda es un tercero, por defecto.

Este comportamiento (que la posición de una célula respecto a la fuente determina, de manera indirecta, lo que esa célula debe llegar a ser) es lo que el biólogo británico Lewis Wolpert bautizó como información posicional, un marco todavía vigente en la biología del desarrollo.

Historia del concepto

La palabra morfógeno la acuñó el matemático británico Alan Turing en 1952, en un artículo titulado The Chemical Basis of Morphogenesis, donde buscaba explicar matemáticamente cómo dos sustancias químicas en interacción podían generar patrones espaciales estables. Turing no tenía en mente ninguna molécula biológica concreta: su interés era demostrar que el fenómeno era posible desde un punto de vista puramente matemático. El biólogo Francis Crick retomaría el término casi veinte años después, en 1970, ya aplicado a moléculas biológicas reales capaces de formar gradientes de concentración.

Principales morfógenos conocidos

En los vertebrados se han identificado varias familias de morfógenos con papeles bien caracterizados. La proteína sonic hedgehog (Shh) organiza, entre otras estructuras, el patrón dorsoventral de la médula espinal y el número y la disposición de los dedos en el miembro en desarrollo. Las proteínas morfogenéticas óseas (BMP, por sus siglas en inglés) actúan con frecuencia en sentido opuesto a Shh, estableciendo el extremo contrario del mismo eje.

A ellas se suman las proteínas Wnt, implicadas en la formación de los ejes corporales, y el ácido retinoico, un derivado de la vitamina A que actúa como morfógeno en la formación de las extremidades y en la regionalización del tubo neural. El factor de crecimiento fibroblástico (FGF) completa el grupo de moléculas señalizadoras más estudiadas en este campo.

Relevancia médica y diferenciación con otras señales

No toda molécula que actúa a distancia es un morfógeno. Un factor de crecimiento convencional puede estimular la proliferación celular sin establecer un gradiente interpretado de forma diferencial, y una señal inductora clásica actúa, con frecuencia, por contacto directo entre células vecinas, sin necesidad de difundirse. Lo que distingue a un morfógeno es la combinación específica de gradiente de concentración y respuesta escalonada según el umbral.

Las alteraciones en las vías de señalización de estos morfógenos tienen, en ocasiones, consecuencias reconocibles. Mutaciones en el gen que codifica Shh, por ejemplo, se encuentran entre las causas genéticas más frecuentes de la holoprosencefalia, un trastorno del desarrollo en el que el cerebro no llega a dividirse por completo en dos hemisferios. Esta entrada no aborda su diagnóstico ni su tratamiento: se menciona únicamente como ilustración de hasta qué punto un solo gradiente molecular puede condicionar la arquitectura de un órgano completo.

Preguntas frecuentes

¿Qué significa el sufijo -geno en morfógeno?

Genera o produce. Procede del griego gennao, engendrar, y aparece con el mismo valor en palabras como oxígeno o patógeno.

¿Es lo mismo un morfógeno que una hormona?

No necesariamente. Algunas hormonas cumplen función de morfógeno durante el desarrollo, como el ácido retinoico, pero el término morfógeno se define por su comportamiento (un gradiente de concentración interpretado de forma directa por las células), no por su naturaleza química.

¿Quién acuñó la palabra morfógeno?

El matemático británico Alan Turing, en 1952, dentro de un artículo dedicado a explicar matemáticamente la aparición de patrones en la naturaleza. Turing no pensaba todavía en una molécula real: buscaba demostrar que el fenómeno era posible. El biólogo Francis Crick aplicaría el término a moléculas biológicas concretas casi veinte años más tarde, en 1970. La primera molécula identificada como morfógeno en un organismo vivo, la proteína bicoid de la mosca de la fruta, no llegaría hasta 1988.

¿Puede haber más de un morfógeno actuando sobre el mismo tejido?

Sí, y es la norma más que la excepción. En estructuras como el tubo neural, varios morfógenos actúan de manera simultánea y en sentidos opuestos, y es la combinación de sus gradientes, no uno solo, la que determina el destino final de cada célula.

¿Actúan los morfógenos solo durante el desarrollo embrionario?

Principalmente. Algunas de estas mismas moléculas, sin embargo, siguen interviniendo después del nacimiento en procesos de reparación y renovación tisular.

Referencias

1. Wolpert's French Flag: what's the problem?. Development, The Company of Biologists.
2. Editorial: Morphogens in the Wiring of the Nervous System. PMC, National Institutes of Health.
3. Gen SHH. MedlinePlus Genetics, Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.
4. Theoretical and experimental approaches to understand morphogen gradients. Molecular Systems Biology, PMC.