Las células madre adultas representan una especie de arcilla en blanco a partir de la cual se moldea una miríada de diferentes tipos de células y tejidos y, como tales, son de importancia crítica para la salud, el envejecimiento y las enfermedades. En los tejidos que giran rápidamente, como los intestinos, elLa naturaleza autorrenovadora de las células madre y su susceptibilidad a las mutaciones cancerígenas ha llevado a los investigadores a postular que estas células también actúan como células de origen en los cánceres. Sin embargo, la rareza de las células madre adultas en relación con sus células hijas diferenciadas ha hecho quehistóricamente difíciles de estudiar.
A lo largo de los años, los investigadores han planteado la hipótesis de que el cuerpo mantiene una población de células madre "de reserva" resistentes a mutaciones y lesiones que sirven como una especie de reservorio latente del que pueden derivarse todas las demás células de un tejido determinado. Sin embargo, los investigadoreshan tenido conflictos sobre la identidad precisa de esta población de células.
Ahora, un equipo de la Universidad de Pensilvania ha ayudado a identificar características clave que distinguen las células madre de reserva de otras poblaciones de células madre que supuestamente tienen propiedades similares. El trabajo, que empleó análisis de expresión génica de células individuales, así como otrosLas técnicas de vanguardia demostraron que, en los intestinos, las células madre de reserva son una población distinta de las llamadas "células que retienen la etiqueta". Durante mucho tiempo se creyó que las dos poblaciones eran una y la misma.
"El diablo está en los detalles", dijo el autor principal Christopher J. Lengner, profesor asistente en el Departamento de Ciencias Biomédicas de la Facultad de Medicina Veterinaria de Penn y miembro del Instituto Penn de Medicina Regenerativa. "Necesita un ensayo consensibilidad unicelular para abordar la posible heterogeneidad en la población celular que se está estudiando y, por lo tanto, para comprender realmente qué son estas células. Ahora que tenemos ese nivel de resolución, podemos comenzar a hacer preguntas que son relevantes para preguntas como cómo es el cánceriniciado, un proceso que comienza en una sola celda "
El artículo aparece en el diario Gastroenterología .
Lengner colaboró en el trabajo con Ning Li, la autora principal del artículo, y Angela Nakauka-Ddamba, ambas de Penn Vet; John Tobias del Penn Genome Analysis Core; y Shane T. Jensen de la Penn's Wharton School.
El concepto de la célula madre de reserva surgió a mediados de la década de 1970, cuando el biólogo John Cairns formuló una teoría que se conoció como la hipótesis de la cadena inmortal. Su idea era que las células madre de reserva permanecían inmunes a la mutación protegiendo la "cadena madre"de ADN. Durante cada división celular, según la teoría, solo las cadenas de ADN recién replicadas se pasaron a la célula hija, mientras que la célula madre original mantuvo la cadena madre.
En busca de evidencia para probar esta hipótesis, los investigadores realizaron experimentos en los que persuadieron a las células madre para que incorporaran una etiqueta de ADN radioactivo y luego la rastrearon a través de las divisiones celulares.
"Lo que vieron entonces fue que después de dos meses todavía había células raras que habían conservado esta etiqueta", dijo Lengner. "Tomaron este y otros experimentos como evidencia de la hipótesis de la cadena inmortal".
En otras palabras, creían que las células que conservaban la etiqueta eran las células madre de reserva que se habían adherido a la cadena madre de ADN.
Algunas décadas más tarde, la hipótesis de la cadena inmortal perdió favor debido a la falta de evidencia de apoyo, pero los científicos explicaron la existencia de las llamadas células que retienen la etiqueta al señalar que podrían ser una población de células madre que se dividían muy raramenteA principios de la década de 2000, los investigadores utilizaron diferentes etiquetas, incluida la proteína verde fluorescente, o GFP, fusionada con proteínas de histona que se incorporan de manera estable en la cromatina, para rastrear la división celular. El uso de GFP tuvo el beneficio adicional de permitir a los investigadores aislar prospectivamente células vivasusando la clasificación de células activadas por fluorescencia y para analizar posteriormente el comportamiento celular y la expresión génica en las poblaciones celulares purificadas.
Este tipo de experimentos se han utilizado aún más recientemente para sugerir que las células que retienen la etiqueta son las mismas que las células madre de reserva. Estos estudios recientes han indicado que al menos algunas células dentro de la población que retienen la etiqueta podrían dar lugar a todas las diferenteslinajes celulares en el intestino, tal como debería hacerlo una célula madre.
El equipo de Penn, sin embargo, decidió examinar más de cerca las células que retienen la etiqueta para ver si realmente eran lo mismo que las células madre de reserva indispensables. Para ello, crearon un sistema experimental mediante el cual introdujeron GFP enratones jóvenes dirigidos a células madre intestinales y luego monitorearon la pérdida de fluorescencia durante tres meses. Como se observó anteriormente, encontraron células que retuvieron la etiqueta de GFP. A corto plazo, estas células que retienen la etiqueta estaban en y por encima de la base del intestinocripta, una invaginación en la base de las vellosidades intestinales protegidas del contenido de la luz. A medida que pasaba el tiempo, durante uno y luego tres meses, las células se encontraban con menos frecuencia y se localizaban exclusivamente en la base de la cripta.
"Este fue un dato que confundió a las personas", dijo Lengner, "porque las células que retienen la etiqueta y las células madre de reserva se pueden encontrar aproximadamente en la misma posición en relación con la base de la cripta. Esto llevó a las personas a especular que estabanuno en el mismo."
Para establecer si realmente eran lo mismo, el equipo de Penn crió dos poblaciones de ratones juntas, una con las células que retienen la etiqueta de marcado GFP y otra con células madre intestinales de reserva marcadas con un marcador genético controlado por el gen Hopx en rojo.En la descendencia resultante, encontraron algunas células con ambas etiquetas, pero la mayoría de las células marcadas cayeron en poblaciones mutuamente excluyentes.
Luego, los investigadores utilizaron perfiles de expresión génica unicelular para buscar genes en las diferentes poblaciones celulares. Descubrieron que las células que retienen la etiqueta a corto plazo, reservan células madre intestinales y una población celular conocida como base intestinal cripta activa de base de columnacélulas, que se sabe que son susceptibles a lesiones y mutaciones, cada una tenía perfiles de expresión génica distintivos y, por lo tanto, eran poblaciones distintas.
Sometiendo a las diversas poblaciones celulares a lesiones por radiación, descubrieron que la mayoría de las células marcadas con Hopx, o las células madre intestinales de reserva, sobrevivieron y entraron en el ciclo celular para regenerar el tejido dañado, mientras que las células retenedoras a corto plazo lo hicieronno. Estas poblaciones de células tenían diferencias funcionales adicionales. Mientras que la mayoría de las células madre marcadas con Hopx estaban en la etapa de reposo o inactiva del ciclo celular, la mayoría de las células que retienen el marcador fueron detenidas en la fase G1 del ciclo celular, característica decélulas diferenciadas
Finalmente, los investigadores demostraron que las células madre intestinales marcadas con Hopx podrían formar organoides intestinales en cultivo mientras que las células que retienen el marcador a largo plazo no podían, lo que indica que las células que retienen el marcador a largo plazo ya estaban diferenciadas terminalmente y no podían revertirseLas células que retienen la etiqueta a corto plazo formaron organoides, pero solo alrededor de la mitad de la eficiencia que las células Hopx.
"La conclusión a la que llegamos es que estas células que retienen la etiqueta a corto plazo son la progenie de las células madre activas y se someten a una bifurcación para ser uno de los dos tipos de células intestinales", dijo Lengner. "Conservan cierta capacidad para revertiral estado de las células madre en cultivo, pero no son las células madre de reserva resistentes a la radiación que nosotros y otros grupos hemos estudiado durante mucho tiempo ".
Los hallazgos, que desafían décadas de trabajo previo, brindan a los investigadores un nuevo marco para estudiar las células madre intestinales.
"Es como si estuvieras viendo un partido de fútbol y todos los jugadores tienen números en la espalda", dijo Li. "Si no tuvieran esos números, sería muy difícil hablar sobre el juego y saber si elEl jugador del que estoy hablando es el mismo jugador del que estás hablando. Es lo mismo con estas poblaciones celulares ".
Ahora que han establecido que las células madre de reserva son distintas de las células que retienen la etiqueta, a los investigadores de Penn les gustaría poner más énfasis en estudiar las verdaderas células madre de reserva para determinar cómo se organizan las poblaciones de células en el intestino y, eventualmente, tal vez para comprender cómo estas y otras poblaciones celulares figuran en la aparición del cáncer.
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Materiales proporcionado por Universidad de Pennsylvania . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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