Se ha demostrado que los cambios en los metabolitos celulares regulan el desarrollo de células madre embrionarias en las primeras etapas de la vida. Los metabolitos son compuestos simples generados durante las actividades químicas que sostienen la vida en las células.
Los hallazgos recientes deberían mejorar la capacidad de los científicos de usar células madre embrionarias para desarrollar nuevos tejidos y órganos para reemplazar los dañados por enfermedades o lesiones. Los hallazgos también podrían conducir a nuevos tratamientos para trastornos comunes que van desde la infertilidad hasta el cáncer.
Los investigadores informaron sobre su estudio en la edición del 16 de noviembre de la revista Biología celular natural .
Después de la fertilización, un óvulo humano comienza a viajar por la trompa de Falopio. A medida que lo hace, comienza a dividirse para formar una bola de células embrionarias. Cada una de estas células, llamadas células embrionarias ingenuas, preimplantadas, tiene la capacidad dedesarrollarse en cualquier tipo de célula en el cuerpo humano, una habilidad llamada pluripotencia.
Cuando el embrión en desarrollo ingresa al útero, debe implantarse en el revestimiento uterino para que el embarazo continúe. Cuando esto ocurre, las células madre ingenuas experimentan un cambio crítico a medida que dan el primer paso para diferenciarse en tipos de células específicas, comocomo las células intestinales, musculares o nerviosas. Estas células se llaman células madre embrionarias preparadas.
"La implantación en el útero de la madre es posiblemente una de las cosas más difíciles que tenemos que hacer en la vida", dijo Ruohola-Baker, profesora de bioquímica de la Universidad de Washington y directora asociada del Instituto UW de Células Madre y Medicina Regenerativa, quien dirigióel equipo de investigación: "De hecho, la mayoría de los embriones no se implantan con éxito y el embarazo termina"
Los científicos en el campo de la regeneración de tejidos están particularmente interesados en este cambio. Aunque las células madre embrionarias preparadas después de la implantación aún pueden convertirse en cualquier tipo de célula humana, son más difíciles de trabajar que las células ingenuas previas a la implantación.
Para obtener más información sobre las diferencias entre las células pluripotentes ingenuas y preparadas, los investigadores de la Universidad de Washington primero compararon sus perfiles de expresión génica. Este trabajo, realizado por Yuliang Wang, ahora investigador asociado senior en la Universidad de Salud y Ciencia de Oregon, descubrió diferencias interesantes que involucrabangenes que afectan el metabolismo de las células.
"La expresión de los genes metabólicos, particularmente los relacionados con la función de las mitocondrias, fue mucho mayor en las células ingenuas", dijo Wang. "También hubo una gran diferencia en la expresión génica de una enzima específica llamada nicotinamida N-metiltransferasa"
Para determinar el efecto de estos cambios, Henrik Sperber, un estudiante graduado en el laboratorio Ruohola-Baker, usó una técnica llamada espectroscopía de masas para comparar los niveles dentro de las células de los metabolitos.
El enfoque, llamado análisis metabólico, proporciona una "instantánea química" que muestra con gran detalle lo que está sucediendo dentro de las células en una etapa específica. Con solo observar los perfiles metabólicos de las células, los investigadores vieron que era posible distinguir entre ingenuo ycélulas pluripotentes preparadas.
El metabolito revelador que se encontró enriquecido en células vírgenes fue metilnicotinamida, abreviado MNA, un producto de la enzima metabólica cuyos niveles aumentan en muchos tipos de cáncer: nicotinamida N-metiltransferasa, abreviado NNMT.
Cuando está activo, NNMT consume un grupo metilo de un compuesto llamado S-adenosil metionina. Este grupo metilo se usa normalmente en un proceso de regulación génica llamado metilación de histona epigenética.
Sin un suministro adecuado de S-adenosil metionina, la regulación por metilación de histonas, y por lo tanto la expresión génica correcta, no puede tener lugar.
Los investigadores encontraron que en las células vírgenes, el NNMT era activo y se comportaba como un 'sumidero de metilo' metabólico al reducir el nivel de grupos metilo disponibles. De este modo, limitaba la represión génica por la metilación de histonas epigenéticas.
Por otro lado, en las células cebadas, la actividad de NNMT era baja. Como resultado, la S-adenosil metionina estaba disponible para estas modificaciones epigenéticas que se requieren para que una célula entre en el estado cebado.
De hecho, al eliminar genes específicos a través de la tecnología de edición de genes CRISPR, Julie Mathieu, instructora interina en el laboratorio Ruohola-Baker, demostró que era posible estabilizar las células en el estado preparado o ingenuo manipulando solo la actividad NNMT.
"Nuestros hallazgos indican que los metabolitos por sí solos parecen ser capaces de conducir muchos de los cambios clave en la función y diferenciación celular", dijo Ruohola-Baker. "Además de avanzar en nuestra comprensión del desarrollo embrionario humano, los hallazgos sugieren que podríamos ser capaces deusar metabolitos, compuestos relativamente simples, para alterar el destino celular en el tratamiento de trastornos comunes ".
Por ejemplo, tal enfoque podría eventualmente formar la base para tratar la causa más común de infertilidad: la falla del embrión para implantarse con éxito, o para afectar los cambios celulares que conducen al desarrollo del cáncer.
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Materiales proporcionados por Universidad de Ciencias de la Salud de Washington / Medicina de la Universidad de Washington . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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