Los hallazgos de una nueva investigación muestran que las células madre embrionarias incapaces de compactar el ADN completamente dentro de ellas no pueden completar su tarea primaria: diferenciarse en tipos de células específicos que den lugar a varios tipos de tejidos y estructuras del cuerpo.
Un estudio publicado el 10 de mayo del 2012 en la revista PLoS Genetics encontró que las células madre embrionarias que no tienen algunos subtipos de la histona H1 y exhiben una reducida compactación de la cromatina sufrieron fallos en la diferenciación bajo múltiples escenarios y demostraron ineficiencia en la silenciación de genes que tienen que ser suprimidos para inducir la diferenciación.
Mientras que los investigadores han observado que las células madre embrionarias exhiben una estructura de la cromatina relajada y abierta y que las células diferenciadas exhiben una estructura de la cromatina compacta, el estudio es el primero en mostrar que esta compactación no es una mera consecuencia del proceso de diferenciación, sino una necesidad para que la diferenciación proceda normalmente.
Para investigar el impacto de las histonas enlazadoras y el plegamiento de la cromatina en la diferenciación de las células madre, los investigadores utilizaron células madre embrionarias que no tenían tres subtipos de histonas enlazadoras H1, H1c, H1d y H1e, las cuales son las proteínas estructurales que facilitan el plegamiento de la cromatina en una estructura de orden superior. Ellos encontraron que los niveles de expresión de esos subtipos de H1 se incrementaron durante la diferenciación de las células madre embrionarias, y que las células madre embrionarias que no tenían esas H1s se resistieron a la diferenciación espontánea durante un tiempo prolongado, mostraron dificultades durante la diferenciación del cuerpo embrioide y no tuvieron éxito en la formación de una red de células neuronales de alta calidad.
Este estudio ha descubierto una nueva función reguladora de la histona H1, una proteína conocida fundamentalmente por su papel como componente estructural de los cromosomas. Demostrando que la H1 tiene una parte en el control de genes que dirigen la diferenciación de las células madre embrionarias, el estudio expande la comprensión de la función de H1 y ofrece nuevas perspectivas valiosas sobre los procesos celulares que inducen el cambio de las células madre hacia tipos de células específicos.
Durante la diferenciación espontánea, la mayor parte de las células madre sin los tres genes de H1 estudiadas por los investigadores mantuvieron una colonia estrechamente empaquetada típica de las células no diferenciadas y expresaron altos niveles de Oct4 durante un tiempo prolongado. Oct4 es un gen de pluripotencia que mantiene la habilidad de las células madre embrionarias de autorenovarse y tiene que ser suprimido para inducir la diferenciación.
Un estudio publicado el 10 de mayo del 2012 en la revista PLoS Genetics encontró que las células madre embrionarias que no tienen algunos subtipos de la histona H1 y exhiben una reducida compactación de la cromatina sufrieron fallos en la diferenciación bajo múltiples escenarios y demostraron ineficiencia en la silenciación de genes que tienen que ser suprimidos para inducir la diferenciación.
Mientras que los investigadores han observado que las células madre embrionarias exhiben una estructura de la cromatina relajada y abierta y que las células diferenciadas exhiben una estructura de la cromatina compacta, el estudio es el primero en mostrar que esta compactación no es una mera consecuencia del proceso de diferenciación, sino una necesidad para que la diferenciación proceda normalmente.
Para investigar el impacto de las histonas enlazadoras y el plegamiento de la cromatina en la diferenciación de las células madre, los investigadores utilizaron células madre embrionarias que no tenían tres subtipos de histonas enlazadoras H1, H1c, H1d y H1e, las cuales son las proteínas estructurales que facilitan el plegamiento de la cromatina en una estructura de orden superior. Ellos encontraron que los niveles de expresión de esos subtipos de H1 se incrementaron durante la diferenciación de las células madre embrionarias, y que las células madre embrionarias que no tenían esas H1s se resistieron a la diferenciación espontánea durante un tiempo prolongado, mostraron dificultades durante la diferenciación del cuerpo embrioide y no tuvieron éxito en la formación de una red de células neuronales de alta calidad.
Este estudio ha descubierto una nueva función reguladora de la histona H1, una proteína conocida fundamentalmente por su papel como componente estructural de los cromosomas. Demostrando que la H1 tiene una parte en el control de genes que dirigen la diferenciación de las células madre embrionarias, el estudio expande la comprensión de la función de H1 y ofrece nuevas perspectivas valiosas sobre los procesos celulares que inducen el cambio de las células madre hacia tipos de células específicos.
Durante la diferenciación espontánea, la mayor parte de las células madre sin los tres genes de H1 estudiadas por los investigadores mantuvieron una colonia estrechamente empaquetada típica de las células no diferenciadas y expresaron altos niveles de Oct4 durante un tiempo prolongado. Oct4 es un gen de pluripotencia que mantiene la habilidad de las células madre embrionarias de autorenovarse y tiene que ser suprimido para inducir la diferenciación.
Los investigadores también utilizaron un método de cultivo en suspensión rotatorio para producir con alta eficiencia grupos homogéneos en 3D de células madre embrionarias llamados cuerpos embrioides. Los cuerpos embrioides contienen típicamente tipos de células de las tres capas germinales: ectodermo, mesodermo y endodermo, que dan lugar a los varios tipos de tejidos y estructuras del cuerpo. Sin embargo, la mayoría de los cuerpos embrioides sin los tres genes de H1 formados en el cultivo en suspensión rotatoria no tenían estructuras diferenciadas y mostraron señales de expresión genética características de células madre no diferenciadas.
En otro experimento, los investigadores acondicionaron un ambiente que promovería que las células madre se diferenciaran en células neuronales. Sin embargo, las células sin los tres genes de H1 no funcionaron bien en la formación de células neuronales y gliales al igual que una red neuronal, lo cual es esencial para el desarrollo del sistema nervioso. Solo el 10 por ciento de los cuerpos embrioides sin los tres genes de H1 formaron neuritas y produjeron como promedio ocho neuritas cada una. La mitad de los cuerpos embrioides normales produjeron, como promedio, 18 neuritas.
En un trabajo futuro, los investigadores planean investigar si controlar los niveles de la histona H1 puede utilizarse para influir en la reprogramación de las células adultas para obtener células madre pluripotentes inducidas, las cuales son capaces de diferenciarse en tejidos de una manera similar a las células madre embrionarias.
Artículo original: Successful Stem Cell Differentiation Requires DNA Compaction, Study Finds
No hay comentarios:
Publicar un comentario