Los investigadores han utilizado CRISPR, una nueva y revolucionaria técnica de ingeniería genética, para convertir células aisladas del tejido conectivo del ratón directamente en células neuronales.
En 2006, Shinya Yamanaka, profesora del Instituto de Ciencias Médicas Fronterizas de la Universidad de Kyoto en ese momento, descubrió cómo revertir las células adultas del tejido conectivo, llamadas fibroblastos, en células madre inmaduras que podrían diferenciarse en cualquier tipo de célula.Las llamadas células madre pluripotentes inducidas ganaron a Yamanaka el Premio Nobel de medicina solo seis años después por su promesa en investigación y medicina.
Desde entonces, los investigadores han descubierto otras formas de convertir células entre diferentes tipos. Esto se realiza principalmente mediante la introducción de muchas copias adicionales de genes de "interruptor maestro" que producen proteínas que activan redes genéticas completas responsables de producir un tipo de célula en particular.
Ahora, los investigadores de la Universidad de Duke han desarrollado una estrategia que evita la necesidad de copias genéticas adicionales. En cambio, se utiliza una modificación de la técnica de ingeniería genética CRISPR para activar directamente las copias naturales ya presentes en el genoma.
Estos resultados iniciales indican que las células neuronales recién convertidas muestran una conversión más completa y persistente que el método en el que se agregan permanentemente nuevos genes al genoma. Estas células podrían usarse para modelar trastornos neurológicos, descubrir nuevas terapias, desarrollar medicamentos personalizados y, quizás en el futuro, implementando la terapia celular.
El estudio fue publicado el 11 de agosto de 2016 en la revista Célula madre celular .
"Esta técnica tiene muchas aplicaciones para la ciencia y la medicina. Por ejemplo, podríamos tener una idea general de cómo las neuronas de la mayoría de las personas responderán a un medicamento, pero no sabemos cómo responderán sus neuronas particulares con su genética particular,"dijo Charles Gersbach, profesor asociado de la familia Rooney de Ingeniería Biomédica y director del Centro de Ingeniería Biomolecular y de Tejidos de Duke." Tomar biopsias de su cerebro para evaluar sus neuronas no es una opción. Pero si pudiéramos tomar una célula de la piel desu brazo, conviértalo en una neurona y luego trátelo con varias combinaciones de medicamentos, podríamos determinar una terapia personalizada óptima ".
"El desafío es generar eficientemente neuronas que sean estables y tengan una programación genética que se parezca a las neuronas reales", dice Joshua Black, el estudiante graduado en el laboratorio de Gersbach que dirigió el trabajo. "Ese ha sido un obstáculo importante en esta área"
En la década de 1950, el profesor Conrad Waddington, un biólogo británico del desarrollo que sentó las bases de la biología del desarrollo, sugirió que las células madre inmaduras que se diferencian en tipos específicos de células adultas pueden considerarse rodando por el costado de una montaña montañosa en una de lasmuchos valles. Con cada camino que una celda desciende por una pendiente particular, sus opciones para su destino final se vuelven más limitadas.
Si desea cambiar ese destino, una opción es empujar la célula verticalmente hacia arriba de la montaña; esa es la idea detrás de la reprogramación de las células para que sean células madre pluripotentes inducidas. Otra opción es empujarla horizontalmente hacia arriba y sobre una colina ydirectamente a otro valle.
"Si tiene la capacidad de activar específicamente todos los genes de las neuronas, tal vez no tenga que volver a subir la colina", dijo Gersbach.
Los métodos anteriores han logrado esto mediante la introducción de virus que inyectan copias adicionales de genes para producir una gran cantidad de proteínas llamadas factores de transcripción maestros. Únicas para cada tipo de célula, estas proteínas se unen a miles de lugares en el genoma, activando ese tipo de célulasred genética particular. Sin embargo, este método tiene algunos inconvenientes.
"En lugar de usar un virus para introducir permanentemente nuevas copias de genes existentes, sería deseable proporcionar una señal temporal que cambie el tipo de célula de manera estable", dijo Black. "Sin embargo, hacerlo de manera eficiente podríarequieren hacer cambios muy específicos al programa genético de la célula "
En el nuevo estudio, Black, Gersbach y sus colegas utilizaron CRISPR para activar con precisión los tres genes que producen naturalmente los factores maestros de transcripción que controlan la red de genes neuronales, en lugar de que un virus introduzca copias adicionales de esos genes.
CRISPR es una versión modificada de un sistema de defensa bacteriano que ataca y corta el ADN de los virus invasores familiares. En este caso, sin embargo, el sistema ha sido ajustado para que no se corte nada. En cambio, la maquinaria que identifica tramos específicosde ADN se ha dejado intacto, y se ha conectado a un activador genético.
El sistema CRISPR se administró a fibroblastos de ratón en el laboratorio. Las pruebas mostraron que, una vez activado por CRISPR, los tres genes del factor de transcripción neuronal maestro activaron de manera robusta los genes neuronales. Esto hizo que los fibroblastos condujeran señales eléctricas, un sello distintivo de neuronalcélulas. E incluso después de que los activadores CRISPR desaparecieron, las células conservaron sus propiedades neuronales.
"Cuando se destruyen células con factores de transcripción maestros producidos por virus, es posible hacer que las células se comporten como neuronas", dijo Gersbach. "Pero si realmente se han convertido en neuronas que funcionan de manera autónoma, entonces no deberían requerir la presencia continua de ese virus".estímulo externo."
Los experimentos mostraron que la nueva técnica CRISPR produjo células neuronales con un programa epigenético en los genes objetivo que coinciden con las marcas neuronales que se encuentran naturalmente en el tejido cerebral del ratón.
"El método que introduce copias genéticas adicionales con el virus produce muchos de los factores de transcripción, pero se está haciendo muy poco de las copias nativas de estos genes", explicó Black. "En contraste, el enfoque CRISPR no está haciendohay muchos factores de transcripción en general, pero todos se producen a partir de la posición cromosómica normal, lo cual es una diferencia poderosa ya que están activados de manera estable. Estamos activando el interruptor epigenético para convertir los tipos de células en lugar de impulsarlos a hacerlo sintéticamente."
Los siguientes pasos, según Black, son extender el método a las células humanas, aumentar la eficiencia de la técnica e intentar eliminar otros obstáculos epigenéticos para que pueda aplicarse para modelar enfermedades particulares.
"En el futuro, puedes imaginar hacer neuronas e implantarlas en el cerebro para tratar la enfermedad de Parkinson u otras afecciones neurodegenerativas", dijo Gersbach. "Pero incluso si no llegamos tan lejos, puedes hacer mucho con estasen el laboratorio para ayudar a desarrollar mejores terapias ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Duke . Original escrito por Ken Kingery. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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