La función de las células madre y la respuesta al estrés, controladas por la síntesis de proteínas

Fuente: http://revistageneticamedica.com/2016/06/21/metilacion-del-arn-celulas-madre-cancer/

La revista Nature acaba de publicar un estudio, con la investigadora española Sandra Blanco como primera autora, donde se identifica la regulación de la metilación de ARN, como posible diana terapéutica de cáncer para eliminar específicamente células madre de cáncer.

Los tratamientos convencionales de cáncer suelen fallar porque no están dirigidos para eliminar específicamente células madre o regeneradoras del cáncer. Al no eliminarse este tipo de células se producen recaídas, es decir el cáncer vuelve a aparecer y este nuevo tumor es resistente a cualquier tratamiento habitual. Por lo tanto es necesario diseñar terapias que específicamente eliminen las células que regeneran el tumor.

Con el fin de encontrar potenciales terapias que eliminen este tipo de células madre, el grupo liderado por Michaela Frye en el Wellcome Trust Centre – MRCStem Cell Institute de la Universidad de Cambridge (Reino Unido), en el que trabaja la investigadora Sandra Blanco, comenzó este estudio buscando cuáles son las propiedades moleculares que hacen a estas células únicas y que las diferencian de las células de tejidos sanos.

Sorprendentemente, los investigadores identificaron dos propiedades moleculares exclusivas de las células madre de cáncer de piel que se desconocían por completo. Estas células se caracterizan por tener una regulación de la maquinaria de síntesis de proteínas exclusiva y dependiente de la metilación del ARN. Precisamente estas vías de regulación son también cruciales para la regulación de las respuestas a estrés. La exclusividad de este estudio radica en que hasta ahora se desconocía por completo las funciones de la metilación de ARN y el papel que juega en la exclusiva regulación de la maquinaria de síntesis de proteínas.

Sección de un tumor de piel en ratón. Las células que regeneran el tumor o las células madre están teñidas en verde, en rojo se ven las células más diferenciadas del tumor. Y en azul están teñidos todos los núcleos celulares.

Hasta ahora se pensaba que las células tumorales requerían una alta síntesis de proteínas para mantener el crecimiento del tumor. Sin embargo, este estudio muestra que, aunque la mayoría de las células del tumor sí tienen unos niveles altos de síntesis de proteínas, los niveles de síntesis de proteínas de las células regeneradoras del cáncer son muy bajos, y es precisamente esta propiedad las que les permite mantener su capacidad regeneradora. El estudio demuestra además que esta propiedad está regulada mediante los niveles de metilación de ARN. Aunque se sabía desde hace cinco décadas la existencia de más de un centenar de modificaciones de ARN, hasta ahora se desconocía cuál era la función de la metilación de ARN en células de mamíferos.

En este estudio se ha demostrado por primera vez la importancia de las modificaciones de ARN en enfermedades humanas. En concreto se ha demostrado que la metilación de la citosina-5 (ó m5C) del ARN de transferencia por la metilasa NSUN2, es uno de los motores moleculares que regula la maquinaria de síntesis de proteínas en las células madre. En estas células, la metilación de ARN de transferencia o ARNt regula el procesamiento de éstos en pequeños fragmentos de ARN. Estos pequeños fragmentos de ARN tienen como función molecular inhibir la maquinaria convencional de síntesis de proteínas, reduciendo así los niveles de síntesis de proteínas global en las células madre.

Curiosamente, este mismo mecanismo de represión de síntesis de proteínas global, permite o favorece, mediante mecanismos no convencionales, la síntesis de proteínas que son esenciales en el mantenimiento de las propiedades de auto-regeneración de las células madre. Pero curiosamente también son cruciales para las respuestas a estrés celular.

Para validar el estudio, los investigadores usaron ratones manipulados genéticamente que son ¨knock-out¨ para la metilasa de citosina-5 de ANRt NSUN2 y a los que se les indujo la formación de tumores de piel. En los tumores de estos ratones, la metilación m5C de ARNt y la síntesis de proteínas es defectuosa en las células madre. Estas células sintetizan más proteínas que son esenciales para la auto-regeneración, sin embargo también sintetizan más proteínas para las respuestas a estrés celular. Curiosamente esto hace que las células deficientes en NSUN2 sean más sensibles a agentes citotóxicos como los usados habitualmente en tratamientos anti-tumorales convencionales.

Finalmente, los investigadores proponen la combinación de agentes anti-tumorales convencionales junto con inhibidores moleculares de metilasas de ARNt, que permitan manipular la maquinaria de síntesis de proteínas para exclusivamente eliminar las células madre del tumor.

Este estudio demuestra por primera vez la función molecular desconocida hasta ahora de la metilación de ARN en humanos y en ratón, y además identifica por primera vez propiedades exclusivas de células madre de cáncer, entre ellas la baja síntesis de proteínas y la activación de síntesis de proteínas específicas que mantienen sus propiedades y que les permiten combatir procesos de estrés celular, todo ello regulado mediante la metilación de ARN.

La identificación de estas propiedades tan exclusivas de células madre, y la regulación molecular de su maquinaria de síntesis de proteínas a través de la metilación de ARN, nos ha permitido eliminar específicamente las células que regeneran el tumor. Y ahora proponemos el uso combinado de terapias convencionales anti-tumorales con inhibidores de metilación de ARN que permitan la eliminación de las células que regeneran el tumor y que son responsables de las recaídas y de las resistencias.

Referencia:

Blanco S, et al. Stem cell function and stress response are controlled by protein synthesis. Nature. 2016 Jun 15;534(7607):335-40. doi: http://dx.doi.org/10.1038/nature18282

Un tesoro oculto en la saliva permite detectar enfermedades graves a tiempo

Fuente: http://www.tendencias21.net/Un-tesoro-oculto-en-la-saliva-permite-detectar-enfermedades-graves-a-tiempo_a38228.html

La saliva humana alberga un ‘tesoro oculto’ de información que podría servir para diagnosticar enfermedades como el cáncer o la diabetes en sus estadios iniciales, ha revelado un estudio de la Universidad de California en Los Ángeles. El hallazgo podría impulsar el desarrollo de una herramienta de diagnóstico muy útil y de fácil uso, señalan los científicos.

David Wong junto a su colaboradora Xinshu (Grace) Xiao.

Una investigación de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA), Estados Unidos, podría impulsar el desarrollo de un test de saliva que diagnostique enfermedades como el cáncer y la diabetes, antes incluso de que aparezcan los primeros síntomas. La prueba podría servir también para detectar trastornos neurológicos y enfermedades autoinmunes. 

El estudio se basó en el ARN presente en la saliva humana; y ha revelado que esta contiene muchas de las moléculas vinculadas a trastornos, que también están presentes en la sangre. Por esta razón, los autores de la investigación señalan que hay un verdadero “tesoro oculto en la saliva”. 

El papel del ARN, ese material genético que contiene instrucciones usadas en el desarrollo y funcionamiento de todos los organismos vivos, ya era bien conocido. Además, también se sabía que el ARN es responsable de sofisticadas reacciones químicas y de un extraordinario número de funciones, algunas de las cuales aún se desconocen. 

Lo que no se conocía hasta ahora es hasta qué punto dicho material genético se halla en la saliva humana. Dado que el ARN es un biomarcador, esto es, una sustancia que indica los estados biológicos de un organismo, esta presencia es de gran importancia. 

Durante una década, el equipo de la UCLA, liderado por el doctor David Wong, ha estado estudiando nuestra saliva. En total, utilizando la genómica y la informática, ha analizado 165 millones de secuencias genéticas presentes en ella. 

Los científicos descubrieron así lo siguiente: que una parte del mismo ARN que se encuentra dentro de las células humanas está también en la saliva, y puede ser usada para detectar enfermedades. El hallazgo resulta sorprendente porque, según Wong, las enzimas de la saliva pueden degradar el ARN. Por tanto, la boca es un “entorno hostil” para este material genético. 

Más concretamente, los investigadores encontraron en la saliva, en primer lugar, 400 ARN circulares, cuya función aún no se comprende bien pero se cree que podrían servir para proteger de la degradación a los microARN, que también se encontraron en la saliva. 

Los microARN son ARN monocatenarios con capacidad de regular la expresión de otros genes mediante diversos procesos; y además se sabe que están implicados en el cáncer y otras enfermedades. Los científicos compararon los niveles de estos microARN en la saliva con los de la sangre, y descubrieron que eran muy similares. Por tanto, una muestra de saliva puede ser una buena medida de la presencia de ciertos microARN en el organismo. 

Por otra parte, Wong y su equipo hallaron que la saliva contiene, en abundancia, otro tipo de ARN pequeños, los ARNs asociados a Piwi o piRNAs, por sus siglas en inglés, que producen las células madre, las células de la piel y las células germinales. 

Los científicos aventuran que estos piRNAS de la saliva podrían proteger al cuerpo de las infecciones víricas, pero también son biomarcadores de enfermedades. Por último, Wong y sus colaboradores hallaron en la saliva humana ARN no codificantes (ncRNA), que son moléculas de ARN funcional que sirven también como biomarcadores.

En definitiva, en la saliva se pueden encontrar diversos tipos de ARN: ARN circulares, microARN, piRNAs y ncRNA, todos ellos biomarcadores de enfermedades. 

La conclusión del equipo es que la saliva tiene un valor médico y científico tremendo. Y que, en un futuro no distante, se podrán tomar muestras de ella para detectar diversos trastornos. 

Los investigadores esperan que su estudio impulse para tal fin la creación de una nueva categoría de dispositivos de auto-diagnóstico, que informe a los pacientes si tienen o no algunas enfermedades, incluso cuando aún no presentan síntomas de ellas. 

El año pasado, una investigación de la Facultad de Odontología de la Universidad de Malmö, en Suecia, ya mostró que el cáncer y otras enfermedades graves dejan rastros de su presencia en la saliva de los pacientes y que, por tanto, esta podía servir como herramienta de diagnóstico. 

Por otro lado, en 2012, un equipo de ingenieros de la Universidad de Brown, en Estados Unidos, diseñaron un dispositivo biológico capaz de medir las concentraciones de glucosa presentes en la saliva humana: un biochip que podría resultar de gran ayuda para los diabéticos, porque les evitaría tener que hacerse análisis de sangre para controlar sus niveles de glucosa. 

Asimismo, en 2009, un equipo de científicos italianos de diversos institutos de investigación y universidades descubrió proteínas anómalas en la saliva de pacientes con autismo que podrían servir como biomarcadores para el diagnóstico de esta enfermedad. 

Por último, especialistas de la San Diego State University de EEUU han descubierto recientemente que pacientes con cáncer de páncreas presentan un perfil diferente y distinto de una bacteria específica en su saliva, lo que podría ayudar a diagnosticar esta enfermedad en ellos.

La 'receta' genética para convertir células madre en células de la sangre

Fuente: http://www.abc.es/salud/noticias/20140715/abci-sangre-celulas-genes-receta-201407141755.html

Identifican dos programas genéticos responsables de reprogramar las células troncales indiferenciadas para transformarlas en células capaces de fabricar sangre.

Células madre endoteliales (verde) se convierten en células madre sanguíneas (rojo)

La capacidad de convertir de forma fiable y segura en el laboratorio todos los distintos tipos de células en sangre humana es ya cuestión de tiempo gracias a los resultados de un trabajo que se publica en «Nature Communications». Investigadores de la Universidad de Wisconsin-Madison (EE.UU.) han descubierto dos programas genéticos responsables de reprogramar las células troncales indiferenciadas para transformarlas en células capaces de fabricar sangre.

La investigación, explica su autor, Igor Slukvin, es importante porque identifica cómo la propia naturaleza hace productos precursores de la sangre en las primeras etapas de desarrollo. El descubrimiento proporciona a los científicos las herramientas necesarias para obtener las propias células, investigar cómo se desarrollan las células de la sangre y producir nuevos productos de sangre clínicamente relevantes. «Es la primera demostración de que es posible generar diferentes tipos de células a partir de células madre pluripotentes humanas utilizando factores de transcripción», explica Slukvin. Los factores de transcripción son las proteínas que se unen al ADN y controlan el flujo de la información genética, que en última instancia, determina el destino de desarrollo de las células madre indiferenciadas.

Durante el desarrollo, las células sanguíneas surgen en la aorta, el vaso sanguíneo más importante en el embrión. Allí, comenta el experto, la células sanguíneas, incluyendo las células madre hematopoyéticas, se generan por gemación a partir de una población única de lo que los científicos llaman células endoteliales hemogénicas. Ahora, en este nuevo trabajo se han identificado dos grupos distintos de los factores de transcripción que pueden convertir directamente las células madre humanas en las células endoteliales hemogénicas, que posteriormente se convierten en diferentes tipos de células sanguíneas.

Los factores identificados por el grupo de Slukvin eran capaces de fabricar la gama de células sanguíneas humanas, incluyendo las células blancas de la sangre, las células rojas de la sangre y los megacariocitos, los productos sanguíneos utilizados comúnmente. «Al sobreexpresar sólo uno de los dos factores de transcripción, podemos, en el laboratorio, reproducir la secuencia de eventos que se generan en el embrión, donde se fabrica la sangre», subraya Slukvin. El método desarrollado por el grupo de Slukvin ha demostrado producir células sanguíneas en abundancia. Por cada millón de células madre, los investigadores fueron capaces de producir 30 millones de células sanguíneas.

Un aspecto crítico del trabajo es el uso de ARN mensajero modificado directamente para la células madre que hace posible inducir a las células sin introducir artefactos genéticos. De esta forma, las células resultantes para la terapia son más seguras. «Al hacerlo sin ayuda de un virus, la integridad del genoma no se ve afectada», señala.

Además, los expertos señalan que mientras que el nuevo trabajo muestra que la sangre se puede hacer mediante la manipulación de los mecanismos genéticos, su enfoque podría ser viable también para la fabricación de otros tipos de células con potencial terapéutico, incluyendo las células del páncreas y el corazón.

Lo que no ha logardo este trabajo es fabricar células madre hematopoyéticas, es decir, células madre multipotenciales que se encuentran en la médula ósea, que son esenciales para tratar algunos tipos de cáncer, incluyendo leucemia y mieloma múltiple. La elaboración de un método para producir en el laboratorio sigue siendo un reto importante. «Todavía no sabemos cómo hacerlo -reconoce el investigador- pero nuestro nuevo enfoque para la producción de glóbulos rojos nos dará la oportunidad de modelar su desarrollo en un plato y la identificación de nuevos factores de células madre hematopoyéticas».

Wisconsin scientists find genetic recipe to turn stem cells to blood

Fuente: http://www.news.wisc.edu/22991

The ability to reliably and safely make in the laboratory all of the different types of cells in human blood is one key step closer to reality.

Writing in the journal Nature Communications, a group led by University of Wisconsin-Madison stem cell researcher Igor Slukvin reports the discovery of two genetic programs responsible for taking blank-slate stem cells and turning them into both red and the array of white cells that make up human blood.

Two transcription factors are all that is required to make blood from pluripotent stem cells. Following introduction of the factors, stem cells form endothelium (green) which subsequenty become blood cells (red). Image courtesy of Irina Elcheva and Akhilesh Kumar, Wis. National Primate Research Center

The research is important because it identifies how nature itself makes blood products at the earliest stages of development. The discovery gives scientists the tools to make the cells themselves, investigate how blood cells develop and produce clinically relevant blood products.

“This is the first demonstration of the production of different kinds of cells from human pluripotent stem cells using transcription factors,” explains Slukvin, referencing the proteins that bind to DNA and control the flow of genetic information, which ultimately determines the developmental fate of undifferentiated stem cells.

During development, blood cells emerge in the aorta, a major blood vessel in the embryo. There, blood cells, including hematopoietic stem cells, are generated by budding from a unique population of what scientists call hemogenic endothelial cells. The new report identifies two distinct groups of transcription factors that can directly convert human stem cells into the hemogenic endothelial cells, which subsequently develop into various types of blood cells.

The factors identified by Slukvin’s group were capable of making the range of human blood cells, including white blood cells, red blood cells and megakaryocytes, commonly used blood products.

Igor Slukvin

“By overexpressing just two transcription factors, we can, in the laboratory dish, reproduce the sequence of events we see in the embryo” where blood is made, says Slukvin of the Department of Pathology and Laboratory Medicine in the UW School of Medicine and Public Health and theWisconsin National Primate Research Center.

The method developed by Slukvin’s group was shown to produce blood cells in abundance. For every million stem cells, the researchers were able to produce 30 million blood cells.

A critical aspect of the work is the use of modified messenger RNA to direct stem cells toward particular developmental fates. The new approach makes it possible to induce cells without introducing any genetic artifacts. By co-opting nature’s method of making cells and avoiding all potential genetic artifacts, cells for therapy can be made safer.

“You can do it without a virus, and genome integrity is not affected,” Slukvin notes.

Moreover, while the new work shows that blood can be made by manipulating genetic mechanisms, the approach is likely to be true as well for making other types of cells with therapeutic potential, including cells of the pancreas and heart.

An unfulfilled aspiration, says Slukvin, is to make hematopoietic stem cells, multipotent stem cells found in bone marrow. Hematopoietic stem cells are used to treat some cancers, including leukemia and multiple myeloma. Devising a method for producing them in the lab remains a significant challenge.

“We still don’t know how to do that,” Slukvin notes, “but our new approach to making blood cells will give us an opportunity to model their development in a dish and identify novel hematopoietic stem cell factors.”

The study was conducted under the umbrella of the Progenitor Cell Biology Consortium, run by National Heart, Lung and Blood Institute, part of the National Institutes of Health, and involved a collaboration of scientists at UW-Madison, the Morgridge Institute for Research, the University of Minnesota at the Twin Cities and the Houston Methodist Research Institute.

In addition to Slukvin, authors of the new report include Irina Elcheva, Vera Brok-Volchanskaya, Akhilesh Kumar, Patricia Liu, Jeong-Hee Lee, Lilian Tong and Maxim Vodyanik, all of the Wisconsin National Primate Research Center; Scott Swanson, Ron Stewart and James A. Thomson of the Morgridge Institute for Research; Michael Kyba of the University of Minnesota’s Lillehei Heart Institute; and Eduard Yakubov and John Cooke of the Center for Cardiovascular Regeneration of the Houston Methodist Research Institute.

Desarrollan un modelo eficiente para la generación de células iPS humanas

Fuente: http://www.abc.es/salud/noticias/desarrollan-modelo-eficiente-para-generacion-15495.html

Este gráfico muestra el desarrollo de ARN de las células iPS humanas. PETER ALLEN, UC SANTA BARBARA

Investigadores de la Universidad de California (EEUU) han desarrollado un método, basado en el ARN simple, fácilmente reproducible para el desarrollo de células madre pluripotentes inducidas (iPS). Su trabajo, que se publica en Cell Stem Cell, puede ser extremadamente útil para la producción de células iPS para su uso en estudios con células madre humanas y para las futuras terapias celulares.

Los métodos desarrollados por estos investigadores mejorarán los enfoques actuales en la producción de células iPS, basados en el ADN, y evitarán posibles problemas de integración, además de ser más seguros y más sencillos para futuras aplicaciones clínicas.

Las células iPS humanas han abierto el camino para que las terapias de medicina regenerativa basada en células madre pueda llegar a los pacientes. El hecho de ser pluripotentes significa que estas células tienen la capacidad de dar lugar a cualquiera de los tipos de células del organismo.

Los sistemas actuales obtienen las células iPS de forma artificial a partir de una célula adulta no pluripotente, como las células de la piel, que conservan las características de las células madre pluripotentes naturales del cuerpo, las células madre embrionarias. Debido a que se desarrollan a partir de células del propio paciente, se pensó primero que el tratamiento con estas células evitaría cualquier respuesta inmunogénica. Sin embargo, dependiendo de los métodos utilizados para generar las células iPS, pueden plantear riesgos significativos que limitan su uso. Por ejemplo, el uso de un virus para alterar el genoma de la célula podría promover el cáncer en la célula huésped.

Además, los métodos desarrollados para generar estas células no eran fácilmente reproducibles ni eficientes. Por lo tanto, los autores de este trabajo centraron su enfoque en el desarrollo de un método autoreplicante, basado en ARN (que no se integra en el ADN) con la capacidad de ser retenido y degradado de una manera controlada.

Así, utilizaron un virus equino venezolano (VEE) con sus proteínas estructurales eliminadas, pero con las proteínas no estructurales presentes. A continuación agregaron cuatro factores de reprogramación (Oct4, KLF4, Sox2, ya sea con c-myc o GLIS1) e hicieron una transfección de la forma replicativa VEE (RF) RNA en fibroblastos humanos de recién nacidos o adultos. Los fibroblastos son las células del tejido conectivo que proporcionan un marco estructural para muchos otros tejidos.

«Logramos producir de forma eficiente células iPS con todas las características de las células madre», explica Steven Dowdy. Además, subraya, el método es reproducible, eficiente y funciona.

Añade Dowdy que trabajaron tanto con células humanas jóvenes como de personas mayores, algo que es importante, ya que las células iPS, con el fin de ser utilizadas terapéuticamente para tratar enfermedades o para crear modelos de enfermedades para la investigación, tendrán que ser derivadas de células de adultos de mediana edad que son más propensos a las enfermedades.