La disqueratosis congénita, o DC, es una enfermedad hereditaria rara para la cual hay opciones de tratamiento limitadas y no hay cura. Típicamente diagnosticada en la infancia, el trastorno hace que las células madre fallen, lo que lleva a problemas significativos que incluyen insuficiencia de la médula ósea, fibrosis pulmonar,disqueratosis de la piel y atrofia intestinal e inflamación. Los pacientes también tienen un mayor riesgo de varios tipos de cáncer.
Una característica subyacente común de la enfermedad es la presencia de telómeros acortados. Los telómeros son las estructuras que protegen o "tapan" los extremos de los cromosomas, pero tienden a acortarse con la división celular y la edad, y pueden perder su protección.funciones. Muchos pacientes con DC tienen una mutación en el gen DKC1, que codifica un componente de la enzima llamada telomerasa que ayuda a mantener la longitud de los telómeros. Porque la telomerasa es más esencial en los tejidos que se dividen con frecuencia, especialmente, los tejidos epiteliales como la piel, el intestinoy pulmones, aquí es donde surgen defectos en estos individuos.
En un nuevo estudio publicado en Célula madre celular , investigadores de la Universidad de Pensilvania dirigidos por Christopher J. Lengner de la Facultad de Medicina Veterinaria y Brad Johnson de la Facultad de Medicina Perelman han encontrado un vínculo entre los telómeros y una cascada de señalización molecular llamada vía Wnt que puede apuntar a unopción de tratamiento para pacientes con DC. El vínculo se identificó inicialmente usando ratones en el laboratorio de Johnson, y juntos los grupos Lengner y Johnson extendieron estos hallazgos a los tejidos humanos en cultivo para demostrar que estimular la vía Wnt revirtió los signos de disfunción relacionada con DC en los intestinos.
Su estudio subraya la presencia de una retroalimentación positiva entre la señalización de Wnt y la función de los telómeros, por lo que la estimulación de la señalización de Wnt activa la expresión de proteínas que mejoran el "límite" en los telómeros, lo que conduce a células madre más funcionales, lo que a su vez estimula la vía de Wntmás lejos.
La investigación también proporciona información sobre estrategias para combatir la disfunción de los telómeros, un proceso que también se ha implicado en algunos tipos de cáncer y el envejecimiento natural.
"Lo que ves en los ratones mutantes y los pacientes con disqueratosis congénita es la consecuencia de tener menos actividad de telomerasa en los tejidos que se dividen rápidamente", dijo Johnson, coautor principal del estudio y profesor asociado de patología y medicina de laboratorio en PennMedicina ". No es lo mismo que el envejecimiento natural en el que podrías tener defectos de los telómeros en las células que no tienen mucha actividad de la telomerasa, para empezar. Pero creo que es justo decir que nuestros hallazgos informan una comprensión de algunas de las causasocurrirá a medida que los telómeros se acorten en el envejecimiento "
Lengner, profesor asistente en el Departamento de Ciencias Biomédicas en Penn Vet, fue coautor principal del estudio.
"En este momento, la terapia principal para estos pacientes es un trasplante de médula ósea", dijo Lengner. "Eso puede abordar la falla de la médula ósea pero no resuelve otros problemas asociados con la enfermedad, y especialmente el riesgo de cáncer. Estoel trabajo sugiere una forma de abordar la causa subyacente de la enfermedad "
Investigaciones anteriores con modelos de DC de ratones habían sugerido que podría haber una conexión entre la vía Wnt y la telomerasa. Y un estudio reciente en células de pacientes con DC encontró una disminución en la actividad en la vía Wnt. Por lo tanto, los investigadores de Penn querían explorarsi la activación de Wnt podría revertir los efectos de la enfermedad.
Para hacerlo, el equipo utilizó tres técnicas incipientes. Primero, emplearon células madre pluripotentes inducidas, o iPSCs, que son células adultas que se "reprograman" para parecerse mucho a las células madre embrionarias. Esto permitió a los investigadores tomar células de DCpacientes, así como de individuos sanos, y los transforman para que las células, como las células madre, puedan dar lugar a muchos tipos de células diferentes.
Segundo, utilizaron el sistema CRISPR / Cas9, un método directo con efectos dramáticos. Al igual que cortar y pegar para el genoma, crea roturas de doble cadena en un sitio particular en el ADN y luego lo repara, incorporando unnueva secuencia deseada, utilizando recombinación homóloga. Los investigadores utilizaron este sistema de edición de genes para introducir una mutación DKC1 en los iPSC humanos sanos, y también para corregir la mutación que causa la enfermedad en los iPSC de muestras de pacientes con DC. De esta manera, teníanconjuntos coincidentes de líneas celulares para probar, que podrían descartar los efectos de cualquier variación genética de fondo.
Finalmente, los investigadores crecieron lo que se conoce como "organoides", un crecimiento in vitro que se asemeja a un órgano, a través de un proceso llamado diferenciación dirigida, en el que los iPSC se alimentaron de ciertas moléculas que imitan las señales que las células madre reciben en el desarrollo normalEn este caso, las células fueron inducidas a formar un organoide intestinal humano, que naturalmente forma una estructura en forma de tubo, recapitulando los tubos del sistema gastrointestinal humano.
Cuando el equipo de Penn observó el desarrollo del organoide intestinal, descubrieron que inicialmente, las células de los pacientes con DC parecían formarse normalmente.
"Pero en el momento en que se supone que deben hacer los intestinos y formar un tubo intestinal, las cosas se desmoronaron", dijo Lengner.
Mientras que las muestras de pacientes sanos y las muestras de pacientes con DC que habían sido corregidas por CRISPR formaron un tubo, las células de los pacientes originales y las células que habían tenido la mutación de la enfermedad introducida por CRISPR parecían seguir un curso normal de desarrollo paravarios días, pero a las dos semanas carecían de la estructura en forma de tubo que se ve en las muestras sanas y en las muestras con corrección de la enfermedad. Estas células también tenían telómeros más cortos, y los organoides intestinales de los pacientes con DC tienen el tipo de célula más corto de cualquier tipo.
"Podríamos ver a nivel molecular que esto va acompañado de una falla en la activación de programas específicos de genes de células madre intestinales", dijo Lengner, "específicamente genes en la vía Wnt".
El siguiente paso lógico para los investigadores fue activar Wnt para ver si estos defectos podían revertirse. Trataron los organoides derivados de iPSC de pacientes con CC con un compuesto llamado CHIR que estimula la vía Wnt, y descubrieron que restauraba la formación deestructura similar a un tubo, así como la expresión del gen de células madre intestinales. El tratamiento también aumentó la actividad de la telomerasa y la longitud de los telómeros en las células con un mutante DKC1.
Para evaluar este enfoque de tratamiento en un modelo clínicamente más relevante, trasplantaron los organoides intestinales humanos en ratones. Los ratones que recibieron un trasplante que contenía la mutación DKC1 y también fueron tratados con un estimulador de la vía Wnt aprobado por la FDA, litio, mantenidasu estructura de tejido intestinal y una alta expresión de genes diana Wnt. En efecto, se parecían a los ratones que recibieron un trasplante de un organoide derivado de un paciente sano.
El estudio, dijeron los investigadores, ofrece una prueba de principio de que la activación de la vía Wnt puede revertir al menos los fenotipos gastrointestinales asociados con la disqueratosis congénita. Mirando hacia el futuro, les gustaría intentar lograr la misma hazaña en otros tipos de tejidos afectados por la enfermedad, como los pulmones e incluso la sangre.
Y si bien el litio es un medicamento aprobado, no es selectivo para la vía Wnt y tiene efectos secundarios, por lo que "la detección de agentes terapéuticos adicionales podría ser beneficioso", dijo Johnson.
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Materiales proporcionado por Universidad de Pennsylvania . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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