LA HETEROGENEIDAD MOLECULAR EN EL MIOCARDIO EN DESARROLLO Y SUS IMPLICACIONES EN LA FISIOPATOLOGIA CARDIACA

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La formación del corazón es un proceso complejo en el cual intervienen distintos tipos celulares (figura 1). En las primeras fases de desarrollo embrionario, dos regiones simétricas conspicuas del mesodermo se diferencian en tejido promiocárdico, expresando así una serie de factores de transcripción que invariablemente las convierten en miocardiocitos. Estas dos regiones promiocárdicas, denominadas crestas cardíacas, se fusionan en la línea media del embrión en desarrollo y dan lugar a un tubo cardíaco inicial, compuesto de dos capas; una capa interna de endocardio rodeada por una capa externa de miocardio. Entre estas dos capas se localiza una sustancia amorfa y acelular a modo de lámina basal denominada gelatina cardíaca.¹⁰

Figura 1. Esquema ilustrativo de las diferentes etapas del desarrollo cardiaco. a, crestas precardíacas; b, tubo cardíaco inicial; c, asa cardíaca; d, corazón embrionario, en el cual se observa el inicio del proceso de septación de las cámaras atriales y ventriculares; e, corazón fetal, en el cual se observa que el proceso de septación se ha completado y las válvulas atrioventriculares se han desarrollado. ad, atrio derecho; ai, atrio izquiedo; cav, canal atrioventricular; ccd, cresta cardíaca derecha; cci, cresta cardíaca izquierda; pa, polo arterial; pv, polo venoso; te, tracto de entrada; td, tracto de salida; vcs, vena cava superior; vp, vena pulmonar; vd, ventrículo derecho; vi, ventrículo izquierdo.

Según se avanza en el desarrollo, el tubo cardiaco inicial se delamina del mesodermo dorsal y sufre invariablemente una torsión hacia la derecha. Es a partir de este estadio cuando las futuras regiones ventriculares y atriales empiezan a vislumbrase a nivel morfológico, y como veremos más adelante también a nivel molecular. En este estadio embrionario se pueden distinguir cinco regiones claramente delimitadas: el tracto de entrada, las cámaras atriales, el canal atrioventricular, las cámaras ventriculares y el tracto de salida. Es también en este estadio cuando se empieza a observar los primeros signos de septación, dado que entre las cámaras atriales y ventriculares ya se empiezan a esbozar los futuros septos interatrial (septo interatrial primario) e interventricular (porción muscular), respectivamente. Curiosamente, existe una continuidad morfológica entre las regiones del tracto de entrada, canal atrioventricular y tracto de salida a nivel de la curvatura interna, lo cual ha llevado a plantear la hipótesis de que la especificación molecular del miocardio atrial y ventricular acontece exclusivamente en las regiones de la curvatura externa.³ Finalmente cabe resaltar que una de las etapas decisivas durante la morfogénesis cardíaca es la formación y alineamiento de los distintos septos cardíacos, para generar así un órgano pulsátil con doble circuito sanguíneo. De este modo, el corazón embrionario sufre una tabicación del tracto de entrada, canal atrioventricular y tracto de salida que permite obtener entradas y salidas independientes a las cámaras atriales y ventriculares derecha e izquierda, respectivamente. En este estadio se configura también a nivel morfológico el sistema de conducción cardíaco, el cual permite que se produzca la contracción sincrónica y acompasada de las distintas cámaras cardíacas.⁹En los últimos años hemos experimentado un gran avance en el conocimiento de los mecanismos moleculares que regulan la cardiogénesis. Hemos asistido al descubrimiento de un número importante de factores de transcripción específicos del miocardio, así como se ha establecido la amplia heterogeneidad en proteínas estructurales que subyace al miocardio en formación y que se mantiene en la mayoría de los casos en el corazón adulto.^5,6,8 En esta revisión, queremos realizar un barrido por los distintos patrones de expresión que se observan en el miocardio en desarrollo, así como en el adulto, e ilustrar cuáles son las implicaciones que dicha heterogeneidad provoca en la práctica clínica. Para ello es importante resaltar cuáles son los mecanismos de especificación celular que acontecen durante el desarrollo. Las células de mesodermo en formación reciben señales de los tejidos contiguos en forma de factores de crecimiento secretados que, mediante la activación de receptores de membrana específicos, provocan directa o indirectamente que unos factores de transcripción se transcriban y por tanto sean activos. Estos factores de transcripción generan a su vez respuestas en el núcleo que conllevan a la síntesis de proteínas estructurales, tales como proteínas contráctiles, del citoesqueleto o reguladoras del impulso eléctrico. Así pues, la generación de distintos patrones de expresión de los factores de transcripción, proteínas contráctiles/citoesqueleto y proteínas reguladores del impulso eléctrico es indicativa, respectivamente, de características morfogéneticas, estructurales y funcionales del corazón en formación. En los primeros estadios del desarrollo cardíaco, distintos factores de transcripción tales como MEF2C, Nkx2.5 y GATA4, entre otros, muestran un patrón de expresión homogéneo a lo largo del tubo cardíaco inicial.⁸ Otros factores de transcripción muestran sin embargo una regionalización en su expresión en los distintos ejes embrionarios; Tbx5 muestran un gradiente ántero-posterior,³ Hand2 (eHAND) muestra una expresión diferencial en el eje dorso-ventral¹ y Pitx2 se expresa exclusivamente en la región izquierda del eje derecha-izquierda.² Dentro de las proteínas estructurales, distintas proteínas sarcoméricas muestran diferencias en el eje ántero-posterior pero no hay evidencias de regionalización en el eje dorso-ventral. En el caso del eje derecha-izquierda, existe una proteína de la matriz extracelular, la flectina, que se expresa exclusivamente en la región izquierda.¹⁴ Por el contrario, no existen evidencias de expresión de ninguna de las proteínas involucradas en la generación o conducción del impulso eléctrico en este estadio (figura 2A).

Figura 2. Esquemas representativos de los diferentes patrones de expresión en las distintas etapas del desarrollo cardiaco: A, etapa de tubo cardíaco inicial; B, etapa embrionaria; y C, etapa fetal/adulto. En la etapa de tubo cardíaco inicial (A) existe una regionalización en los tres ejes embrionarios. En el eje anteroposterior (A/P) muestran heterogeneidad en su expresión factores de transcripción tales como Tbx5 y proteínas sarcoméricas tales como αMHC y βMHC, así como proteínas involucradas en el metabolismo del calcio, tales como SERCA2 a y fosfolamban (PBL). En el eje derecha/izquierda (L/R) muestran una expresión diferencial el factor de transcripción Pitx2 y la proteína extracelular flectina. En el eje dorso-ventral (D/V) sólo el factor de transcripción Hand2 muestra diferencias de expresión. En la etapa embrionaria (B) existe una mayor heterogeneidad en la expresión. Hay genes que muestran expresión sólo en las regiones de formación de miocardio (i; p.ej. GATA5 y GATA6), genes que muestran diferencias entre el miocardio primario y el miocardio de cámara (ii; SERCA2a, PLB, Tbx2, BMP2, BMP4, por mencionar algunos), genes que se expresan tan sólo en las cámaras atriales o en las ventriculares (iii; p. ej. αMHC, βMHC, MLC2a y MLC2v), genes que muestran expresión en el miocardio derivado de la cresta cardíaca izquieda (iv; Pitx2) o genes que parecen demarcar el futuro sistema de conducción ventricular (v; Irx2, Irx3 y Tbx3). Finalmente, en la etapa adulta, la heterogeneidad molecular parece restringirse al miocardio auricular puesto que el miocardio ventricular muestra sólo expresión en gradiente a lo largo de las paredes libres ventriculares. En el miocardio auricular existe heterogeneidad molecular entre el miocardio de las venas cavas (i), el miocardio mediastinal (ii), el miocardio derivado del canal atrioventricular embrionario (iii) y el miocardio de las aurículas propiamente dicho (iv).

En el estadio embrionario, la mayoría de los factores de transcripción muestran un patrón homogéneo, tales como los anteriormente mencionados y otros, tales como GATA5 y GATA6, solo se expresan en aquellas zonas donde se está produciendo aún el reclutamiento de nuevas células miocárdicas.¹² En este estadio existe un refinamiento de la diferenciación dorso-ventral de tal modo que algunos factores de transcripción delimitan las fronteras entre el miocardio primario y el miocardio específico de cámara (atrial y ventricular), como es el caso de Tbx2.¹⁰ A su vez aparecen las primeras diferencias de expresión entre el miocardio sistémico y pulmonar, ilustrados por Hand1 y Hand2.¹³ También aparecen los primeros signos de diferenciación del sistema ventricular de conducción, con la expresión de distintos factores de transcripción, Irx2, Irx3 y Tbx3, en las presuntas áreas de formación del fascículo de His y las ramas derecha e izquierda.⁴ Las diferencias en el eje derecha-izquierda siguen estando representadas por Pitx2, resaltado que dichas diferencias se mantiene como tales en las cámaras atriales pero son convertidas en diferencias dorso-ventral en las cámaras ventriculares.² Los patrones de expresión de las proteínas contráctiles refuerza la heterogeneidad molecular en el eje ántero-posterior y en las regiones de miocardio primario/cámara (miosinas y actinas), así como en los recién creados compartimientos sistémico/pulmonar (miosinas).¹⁶ Dicha heterogeneidad en la expresión de proteínas contráctiles también se extiende al sistema ventricular de conducción cardiaca. Las proteínas involucradas en la conducción cardíaca muestran diferencias entre las regiones de miocardio primario/cámara (conexinas),¹⁵ mientras que los distintos canales iónicos muestran el mismo tipo de patrón o bien se expresan de forma homogénea en el corazón embrionario (figura 2B).En el estadio fetal, así como en el corazón adulto, las diferencias de expresión de los distintos factores de transcripción quedan refinadas al eje ántero-posterior, es decir, entre las cámaras auriculares y ventriculares. Por otro lado, las diferencias de expresión dorso-ventral y derecha-izquierda se desvanecen. En definitiva, en los estadios adultos, sólo un número reducido de factores de transcripción siguen expresándose de forma homogénea, tales como Nkx2.5, MEF2C y GATA4, mientras sólo unos pocos se expresan de forma heterogénea en el eje ántero-posterior, como por ejemplo Irx4 y Tbx5. La expresión de proteínas contráctiles sigue la misma tendencia que los factores de transcripción en lo que respecta al miocardio ventricular pero sin embargo se diversifica ampliamente en el miocardio auricular, dando lugar a la diferenciación de al menos cuatro dominios de expresión. Por otro lado, la expresión de canales iónicos es bien homogénea a lo largo del miocardio, tales como los canales de sodio, o muestran diferencias en el eje ántero-posterior, tales como las subunidades auxiliares de los canales de potasio IK,⁷ o bien presentan heterogeneidad entre el miocardio primitivo y el específico de cámara, tales como las subunidades auxilares de los canales citoplasmáticos de calcio o distintas bombas de calcio mitocondriales (figura 2C).En esencia, se puede observar que el miocardio en formación es un tejido altamente dinámico que presenta alto grado de heterogeneidad en su expresión génica. Este dato es importante tenerlo en cuenta a la luz de la inminente aplicación de células pluripotentes embrionarias para la reparación del miocardio dañado. En segundo lugar, es importante destacar que dicha heterogeneidad se manifiesta también en el corazón adulto, y de una forma muy especial en las cámaras auriculares. Curiosamente, zonas discretas del miocardio auricular son frecuentemente puntos de reentrada de fibrilación auricular. Este perfil parece coincidir con la heterogeneidad molecular observada en las aurículas. Seria por tanto interesante ver si existe alteración de la expresión molecular en aquellos pacientes con predisposición a reentradas arritmogénicas.

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