Kejin Hu, Ph.D., de la Universidad de Alabama en Birmingham, ha encontrado un factor de reprogramación robusto que aumenta la eficacia de la creación de células madre pluripotentes inducidas por humanos HiPSC a partir de fibroblastos de la piel más de 20 veces, acelera la reprogramacióntiempo por varios días y mejora la calidad de la reprogramación.
Se cree que las HiPSC son muy prometedoras para la investigación médica y los tratamientos de enfermedades. Son versiones hechas por el hombre de células madre embrionarias humanas hESC. Los investigadores biomédicos pueden generar HiPSC a partir de muchas células somáticas como los fibroblastos de una biopsia de piel, sin destruircualquier embrión humano. Al igual que los hESC, los HiPSC tienen la capacidad de diferenciarse en cualquier tipo de célula especializada. Por lo tanto, pueden diferenciarse en cualquiera de los más de 200 tipos diferentes de células humanas. Estas células son herramientas potentes para el desarrollo de fármacos y el modelado de enfermedadesy también tienen potencial para transformar la medicina de trasplante al crear células madre pluripotentes específicas del paciente para terapias de reemplazo celular. Los objetivos pueden incluir enfermedades neurológicas, enfermedades cardíacas, enfermedades de la sangre y diabetes. Pero esta promesa de iPSCs se ve obstaculizada por una baja eficiencia,menos del 0.1 al 1 por ciento, en la producción de estas células, junto con muchos otros obstáculos importantes.
En un artículo publicado el 7 de marzo en Comunicaciones de la naturaleza , Hu y otros investigadores de la UAB describen su búsqueda exitosa de un factor de reprogramación que aumenta la eficiencia y acorta el tiempo que tarda la célula en reprogramarse. El factor de reprogramación es una proteína de la familia de las quinasas llamada BRD3R que lee los códigos de histonas acetiladas en el cromosoma.
Cuando el laboratorio Hu examinó la expresión génica inducida por la sobreexpresión de BRD3R durante la reprogramación de fibroblastos humanos en iPSC, también resolvió un misterio que había perdurado medio siglo desde 1962, cuando el premio Nobel John Gurdon clonó por primera vez una ranacolocando el núcleo de una célula intestinal en una célula de huevo de rana enucleada, a saber, ¿por qué la clonación animal tiene éxito solo con los ovocitos que están en la etapa de metafase II de la mitosis? Hu descubrió que el gen BRD3R, cuando se introduce en fibroblastos, regula positivamente 128genes, lo que produce una visión molecular de la ventaja mitótica de la reprogramación.
"Cuando vimos los datos de secuenciación de ARNm, explicaron por qué la mitosis es tan importante en la reprogramación", dijo Hu. "Estaba emocionado cuando encontramos un nuevo factor de reprogramación y también por este segundo descubrimiento".
Para reprogramar los fibroblastos, el laboratorio de Hu usó BRD3R entregado por un vector lentiviral, junto con tres de los genes que el premio Nobel japonés Shinya Yamanaka usó en su primera reprogramación exitosa de células de ratón maduras en iPSCs en 2006 - OCT4, SOX2y KLF4. BRD3R no pudo reemplazar ninguno de los tres factores esenciales de reprogramación de Yamanaka, lo que indica que BRD3R tiene un papel distinto de ellos en la reprogramación. Hu y sus colegas hicieron su reprogramación de las células somáticas humanas en medios libres de xeno, sin usar el ratóncélulas alimentadoras o suero de cualquier fuente. La producción libre de xeno será un requisito de buena práctica de fabricación de la FDA para el uso clínico futuro de iPSC humanos.
Hu comenzó su búsqueda de un nuevo factor de reprogramación después de llegar al Instituto de Células Madre, Departamento de Bioquímica y Genética de la UAB, en 2011. "Creía que los nuevos factores de reprogramación producirían iPSC más auténticos de una manera más eficiente y rápida".
Adquirió una biblioteca de 558 genes de quinasa humana y comenzó a examinar un lote de los primeros 89. Después de introducir los tres genes de Yamanaka y sus genes de prueba de quinasa en las células de fibroblastos, buscó un aumento en la eficiencia en la generación de iPSC, como se juzgópor un mayor número de colonias de las células pluripotentes reprogramadas con éxito que expresan marcadores pluripotentes fosfatasa alcalina y TRA-1-60. La pantalla primaria de Hu reveló 11 candidatos, pero solo BRD3R actuó como un nuevo factor de reprogramación en una pantalla secundaria más rigurosa.
Ninguno de los genes de la subfamilia BET similares a BRD3R - BRD2, BRD3 y BRD4 - mostró actividad de reprogramación. Las iPSC generadas por BRD3R mostraron ser pluripotentes según los criterios estándar. Aunque un miembro de la biblioteca de quinasas, BRD3R noaún se ha demostrado que tiene una actividad de quinasa, pero entre los genes que BRD3R regula de manera más constante en las primeras etapas de la reprogramación se encuentran los que codifican cuatro quinasas, incluida una quinasa mitótica maestra y una quinasa mitótica crítica, cinco genes que regulan las actividades de quinasa y unogen de la fosfatasa. Por lo tanto, Hu y sus colegas escriben: "Aunque BRD3R puede no tener una actividad de quinasa, parece regular una importante red de quinasa mitótica para promover la reprogramación".
En otro artículo publicado al mismo tiempo en Stem Cells and Development, el laboratorio de Hu informa una solución prometedora a un problema asociado con la aplicación clínica de los iPSC humanos. Los HiPSC poseen un crecimiento desenfrenado como las células cancerosas y la contaminación de una sola célula HiPSCen los trasplantes basados en HiPSC representará un riesgo de desarrollo tumoral en pacientes receptores. Además, se cree que los HiPSC diferenciados de forma incompleta también son tumorigénicos. Con la terapia celular basada en HiPSC que ya está entrando en ensayos clínicos, no existe un protocolo de seguridad para eliminar elriesgo de desarrollo de tumores en pacientes que reciben trasplantes basados en HiPSC. Un objetivo de la investigación de Hu es establecer protocolos para eliminar las células tumorigénicas en los trasplantes basados en HiPSC. Su laboratorio descubrió que atacar un PODXL de proteína de superficie de marcador HiPSC usando un anticuerpo bien establecido matacélulas pluripotentes.
"Sugerimos", escriben los autores, "que el anticuerpo podría emplearse para eliminar las células pluripotentes tumorigénicas en células derivadas de PSC humanas para trasplante de células".
Se sabe que PODXL está involucrado en más de 10 neoplasias malignas humanas diferentes y tiene un papel informado en la metástasis y la invasión tumoral. El laboratorio de Hu está interesado en encontrar si el mismo anticuerpo puede matar otras células malignas en pacientes con cáncer.
Hu y sus colegas encontraron que PODXL tiene una alta expresión génica en HiPSC, y se regula negativamente cuando las células se diferencian. Recientemente encontraron que persiste una población residual de PODXL positiva, incluso después de una diferenciación prolongada. Hu dijo que es urgente examinar la tumorigenicidadde esta población celular residual PODXL positiva en trasplantes basados en HiPSC.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Alabama en Birmingham . Original escrito por Traci Bratton. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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