Un morfógeno es una sustancia cuya distribución no uniforme gobierna el patrón de desarrollo del tejido en el proceso de morfogénesis o formación del patrón , uno de los procesos centrales de la biología del desarrollo , que establece las posiciones de los diversos tipos de células especializadas dentro de un tejido. Más específicamente, un morfógeno es una molécula de señalización que actúa directamente sobre las células para producir respuestas celulares específicas en función de su concentración local.
Normalmente, los morfógenos son producidos por las células fuente y se difunden a través de los tejidos circundantes en un embrión durante el desarrollo temprano, de modo que se establecen gradientes de concentración. Estos gradientes impulsan el proceso de diferenciación de células madre no especializadas en diferentes tipos de células, formando finalmente todos los tejidos y órganos del cuerpo. El control de la morfogénesis es un elemento central en la biología del desarrollo evolutivo (evo-devo).
El término fue acuñado por Alan Turing en el artículo " La base química de la morfogénesis ", donde predijo un mecanismo químico para la formación de patrones biológicos , [1] décadas antes de que se demostrara la formación de tales patrones. [2]
El concepto de morfógeno tiene una larga historia en la biología del desarrollo, que se remonta al trabajo del genetista pionero de la Drosophila (mosca de la fruta) , Thomas Hunt Morgan , a principios del siglo XX. Lewis Wolpert refinó el concepto de morfógeno en la década de 1960 con el modelo de bandera francesa , que describía cómo un morfógeno podía subdividir un tejido en dominios de expresión de genes diana diferentes (correspondientes a los colores de la bandera francesa). Este modelo fue defendido por el principal biólogo de Drosophila , Peter Lawrence . Christiane Nüsslein-Volhard fue la primera en identificar un morfógeno, Bicoide, uno de los factores de transcripción presentes en un gradiente en el embrión sincitial de Drosophila . Recibió el Premio Nobel de Fisiología y Medicina de 1995 por su trabajo explicando la embriología morfogénica de la mosca común de la fruta. [3] [4] [5] [6] Los grupos dirigidos por Gary Struhl y Stephen Cohen demostraron que una proteína de señalización secretada, decapentapléjica (el homólogo de Drosophila del factor de crecimiento transformante beta ), actuaba como morfógeno durante las últimas etapas de Drosophila. desarrollo.
Durante el desarrollo temprano, los gradientes de morfógenos dan como resultado la diferenciación de tipos celulares específicos en un orden espacial distinto. El morfógeno proporciona información espacial formando un gradiente de concentración que subdivide un campo de células induciendo o manteniendo la expresión de diferentes genes diana en distintos umbrales de concentración. Por lo tanto, las células alejadas de la fuente del morfógeno recibirán niveles bajos de morfógeno y expresarán solo genes diana de umbral bajo.. Por el contrario, las células cercanas a la fuente de morfógeno recibirán altos niveles de morfógeno y expresarán genes diana de umbral alto y bajo. Los distintos tipos de células surgen como consecuencia de la diferente combinación de expresión de genes diana. De esta manera, el campo de células se subdivide en diferentes tipos según su posición con respecto a la fuente del morfógeno. Se supone que este modelo es un mecanismo general mediante el cual se puede generar la diversidad de tipos de células en el desarrollo embrionario de los animales.
Algunos de los morfógenos más tempranos y mejor estudiados son factores de transcripción que se difunden en los primeros embriones de Drosophila melanogaster (mosca de la fruta). Sin embargo, la mayoría de los morfógenos son proteínas secretadas que envían señales entre las células .