La médula ósea contiene fábricas biológicas, que bombean miles de millones de células sanguíneas nuevas diariamente. Las células no sanguíneas que mantienen esta producción también tienen el potencial de producir hueso, grasa y cartílago. Esta producción comienza a partir de células madre que tienen la capacidadpara diferenciarse en varios tipos de células.
El conocimiento de los genes que controlan esta diferenciación y los caminos que las células toman hacia sus formas finales diferenciadas es una cuestión biológica importante porque la desregulación de este proceso está vinculada a patologías, como la obesidad, la osteoporosis, el cáncer, la pérdida de dientes y el envejecimientoEl conocimiento de los mecanismos que regulan la diferenciación celular podría conducir a una mejor comprensión de la patogénesis de estos trastornos y eventualmente de nuevos tratamientos. Pero la búsqueda es desafiante porque la médula ósea es una mezcla compleja de células en nichos pequeños y con interacciones y relaciones en gran parte desconocidas.
La investigación dirigida por Robert Welner, Ph.D., profesor asistente en la División de Hematología y Oncología de la Universidad de Alabama en Birmingham, ahora ha mapeado distintas poblaciones de nichos de médula ósea y sus rutas de diferenciación para la fábrica de médula ósea que comienza desde el estroma mesenquimatosocélulas y termina con tres tipos de células: células grasas, células productoras de hueso y células productoras de cartílago. Respectivamente, esas células se denominan adipocitos, osteoblastos y condrocitos. Este sistema celular no hematopoyético es distinto de otra línea de producción en el huesomédula ósea, el sistema hematopoyético, que produce glóbulos rojos, células que coagulan la sangre y células del sistema inmunitario.
Welner y colegas de la UAB, Harvard Medical School y Beth Deaconess Medical Center, Boston, han publicado sus hallazgos en Informes de celda . Su principal herramienta de investigación fue la secuenciación de ARN de una sola célula, que identificó las transcripciones de ARNm de genes en 2.847 células individuales de médula ósea del sistema no hematopoyético. Al secuenciar estos ARN, los investigadores pudieron determinar qué genes se habían activado o desactivado endiferentes pasos en las vías de diferenciación.
"Los perfiles de expresión génica de secuenciación de ARN de una sola célula generados permiten una representación en tiempo real de los procesos dinámicos asociados con las elecciones de destino dentro del microambiente de la médula ósea", dijo Welner, quien también es un científico asociado del Centro Integral de Cáncer O'Nealen la UAB: "Nuestro estudio proporciona un panorama para una mejor comprensión de las redes transcripcionales que regulan la diferenciación de las células del microambiente de la médula ósea".
Un hallazgo importante fue una caracterización detallada de tres caminos distintos en una jerarquía de diferenciación simple y ramificada, comenzando por las células madre mesenquimatosas o MSC, y terminando con pre-adipocitos, pro-osteoblastos y pro-condrocitos. En total,identificó siete estados celulares distintos en dos vías de ramificación. Una rama era MSC a progenitores de adipocitos a pre-adipocitos. La otra era de MSC a progenitores de osteoblastos / condrocitos a pre-osteoblastos / condrocitos, y finalmente una división a pro-osteoblastos o pro-condrocitos.
Para cada una de estas subpoblaciones únicas, identificaron firmas de genes y demostraron cómo varios factores de transcripción, proteínas de control de genes que alteran la velocidad de transcripción de ADN a ARNm, influyen en las decisiones de destino de linajes específicos de médula ósea.Los investigadores crearon y las herramientas de análisis que usaron están disponibles públicamente y servirán como un recurso para futuros estudios que investiguen la diferenciación de las células del estroma.
Un control importante en la investigación, dice Welner, y uno que debería usarse en todas las investigaciones de secuenciación de ARN unicelular, fueron los estudios de validación. Estos incluyeron reporteros marcados por el destino y derribos de factores de transcripción previamente reportados para gobernar la diferenciación ósea y grasaLos derribos permitieron a los investigadores evaluar el potencial de diferenciación en el cultivo celular para los linajes que identificaron a través de la secuenciación de ARN unicelular. Todos los estudios de validación realizados por Welner y sus colegas respaldaron los resultados de su secuenciación de ARN unicelular.
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Materiales proporcionado por Universidad de Alabama en Birmingham . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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