Los científicos del Instituto de Investigación Scripps (TSRI) han encontrado un nuevo enfoque para la "reprogramación" de células adultas ordinarias en células madre.

En un estudio publicado hoy en un artículo de Advance Online en Biotecnología de la naturaleza , Los científicos del TSRI examinaron una biblioteca de 100 millones de anticuerpos y encontraron varios que pueden ayudar a reprogramar células maduras parecidas a la piel en células madre conocidas como células madre pluripotentes inducidas (IPSC).

La fabricación de IPSC a partir de tipos de células más maduras normalmente implica la inserción de cuatro genes de factores de transcripción en el ADN de esas células. Los anticuerpos identificados por los científicos se pueden aplicar a células maduras, donde se unen a proteínas en la superficie celular, como sustituto de tres de las inserciones genéticas del factor de transcripción estándar.

"Este resultado sugiere que, en última instancia, podríamos fabricar IPSC sin poner nada en el núcleo celular, lo que potencialmente significa que estas células madre tendrán menos mutaciones y mejores propiedades en general, "dijo la autora principal del estudio, Kristin Baldwin, profesor asociado en el departamento de neurociencia de TSRI.

Las IPSC se pueden fabricar a partir de las propias células de los pacientes, y tienen una multitud de usos potenciales en terapias celulares personalizadas y regeneración de órganos. Sin embargo, ninguno de los usos clínicos previstos de las IPSC aún se ha realizado, en parte debido a los riesgos que implica su elaboración.

El procedimiento de inducción estándar de IPSC, desarrollado hace una década y conocido como OSKM, implica la inserción en células adultas de genes para cuatro proteínas de factores de transcripción:Oct4, Sox2, Klf4 y c-Myc. Con estos genes agregados y activos, las proteínas del factor de transcripción que codifican se producen y, a su vez, se reprograman las células para que se conviertan en IPSC.

Un problema con este procedimiento es que los eventos de inserción viral o la sobreproducción de los factores de reprogramación nuclear pueden dañar el ADN celular de una manera que la vuelve cancerosa. Otra es que esta reprogramación nuclear normalmente produce una colección de IPSC con propiedades variables. "Esta variabilidad puede ser un problema incluso cuando utilizamos IPSC en el laboratorio para estudiar enfermedades, "Dijo Baldwin.

A diferencia de, durante el desarrollo animal ordinario, la identidad celular se ve alterada por señales moleculares que provienen del exterior de la célula e inducen cambios en la actividad genética, sin inserciones de ADN arriesgadas. Para encontrar vías naturales como estas, a través de las cuales las células ordinarias podrían convertirse en IPSC, Baldwin y su laboratorio se unieron al laboratorio TSRI de Richard Lerner, la profesora de inmunoquímica Lita Annenberg Hazen. Lerner ha sido pionero en el desarrollo y la detección de grandes bibliotecas de anticuerpos humanos para encontrar nuevos fármacos y sondas científicas basados ​​en anticuerpos.

En este caso, el equipo, incluyendo al estudiante de posgrado Joel W. Blanchard y al investigador asociado postdoctoral Jia Xie, quienes fueron autores principales, creó una biblioteca de aproximadamente 100 millones de anticuerpos distintos y la usó para encontrar cualquiera que pudiera sustituir a los factores de transcripción OSKM.

En un conjunto inicial de experimentos, los investigadores intentaron identificar anticuerpos que puedan reemplazar tanto a Sox2 como a c-Myc. Establecieron una gran población de células de fibroblastos de ratón, que a menudo se utilizan para producir IPSC en experimentos, e insertaron los genes de los otros dos factores de transcripción, Oct4 y Klf4. A continuación, agregaron su enorme biblioteca de genes de anticuerpos a la población de células, de modo que cada célula terminaba conteniendo los genes de uno o más de los anticuerpos.

Luego, los científicos pudieron observar cuál de las células comenzó a formar colonias de células madre, lo que indica que uno de los anticuerpos producidos por esas células había reemplazado con éxito las funciones de Sox2 y c-Myc y provocó el cambio en la identidad celular. La secuenciación del ADN de estas células permitió a los investigadores determinar los anticuerpos responsables.

De este modo, el equipo de TSRI descubrió dos anticuerpos que pueden sustituir tanto a Sox2 como a c-Myc, y en un conjunto similar de pruebas encontraron dos anticuerpos que pueden reemplazar un tercer factor de transcripción, 4 de octubre. Los científicos demostraron que en lugar de insertar estos genes de factores de transcripción, simplemente podían suministrar los anticuerpos a las células de fibroblastos en cultivo.

En este estudio inicial, los científicos no pudieron encontrar anticuerpos que reemplacen la función del cuarto factor de transcripción OSKM, Klf4. Sin embargo, Baldwin espera que con un cribado más extenso, ella y sus colegas eventualmente encontrarán también sustitutos de anticuerpos para Klf4. "Creo que nos llevará unos años más averiguarlo, " ella dijo.

En principio, el enfoque de detección de anticuerpos permite a los científicos no solo encontrar anticuerpos que puedan reemplazar los factores de transcripción OSKM, sino también para estudiar las vías de señalización natural a través de las cuales actúan estos anticuerpos.

En una prueba de este principio, los científicos encontraron que uno de los anticuerpos que reemplazan a Sox2 se une a una proteína en la membrana celular llamada Basp1. Este evento vinculante bloquea la actividad normal de Basp1 y, por lo tanto, elimina las restricciones en WT1, una proteína factor de transcripción que trabaja en el núcleo celular. WT1, soltado, luego altera la actividad de múltiples genes, en última instancia, incluidos los de Sox2, para promover el estado de las células madre usando un orden de eventos diferente que cuando se usan los factores de reprogramación originales.

WT1 (tumor de Wilms 1) se produce en exceso en algunos cánceres y se considera un oncogén. Ese hecho destaca un valor agregado de tales estudios:ayudar a los científicos a comprender la relación entre el desarrollo de las células cancerosas y el estado de las células madre.

Los investigadores de TSRI ahora planean más estudios de detección de anticuerpos más complejos utilizando células humanas en lugar de células de ratón.