(Noticias de Nanowerk) Sorprendentemente, a pesar de todo el entusiasmo que rodea el potencial curativo de las células madre embrionarias, con su capacidad de madurar en cualquier tejido corporal, estas células no son las ganadoras del premio Infinite Possibilities. Este premio se otorga incluso a las células anteriores que componen el embrión durante el primer o segundo día de su existencia.
Investigadores del Instituto de Ciencias Weizmann ahora han aclarado cómo estas células tempranas comienzan a renunciar a sus habilidades ilimitadas y, no menos importante, cómo se pueden restaurar estas habilidades (célula molecular«SUMOylation de linker histone H1 impulsa la condensación de cromatina y la restricción de la identidad de destino de las células embrionarias»).
«Encontramos un nuevo mecanismo que puede llevar a las células al primer paso en la vida de un embrión», dice el Dr. Yifat Merbl del Departamento de Inmunología de Sistemas, quien dirigió el equipo de investigación junto con el Prof. Jacob Hanna en el Departamento de Genética Molecular.
Cuando un embrión consta de dos células, esas células poseen una propiedad llamada totipotencia, o la capacidad de hacer cualquier cosa. Estas células son capaces de transformarse no solo en todo tipo de tejido corporal, sino también en la placenta. Una vez que el embrión alcanza la etapa de cuatro células, algunas de sus células comienzan a perder su totipotencia y posteriormente se vuelven pluripotentes, o capaces de muchas cosas, es decir, pueden dar lugar a cualquier tipo de tejido corporal, pero no al de la placenta. .
A medida que avanza, el embrión temprano se convierte en un grupo similar a una mora de varias docenas de células madre pluripotentes, que continúan dividiéndose y eventualmente maduran en nervios, músculos y todos los demás tipos de células. En la naturaleza, por supuesto, este proceso es unidireccional, desde el óvulo fertilizado hasta numerosas células que asumen tareas cada vez más especializadas. Pero en una investigación que les valió el Premio Nobel en 2012, los científicos demostraron que esta especialización celular es reversible en el laboratorio: al introducir algunos genes en células maduras, las reprogramaron para volver a un estado pluripotente no especializado.
Ahora, los investigadores de Weizmann han encontrado una nueva forma de impulsar esta reprogramación aún más, a saber, devolver las células madre embrionarias pluripotentes a un estado bicelular totipotente. Los científicos lograron esta hazaña mediante la manipulación de un mecanismo novedoso que descubrieron: un cambio en la forma del empaquetamiento de la cromatina del ADN que hace que las células pierdan su capacidad de ser totipotentes y comiencen a dar forma a su destino e identidad futura.
«Este mecanismo es una especie de bloqueo que ayuda a mantener el desarrollo en una dirección», dice el Dr. Daoud Sheban, quien dirigió el estudio como parte de su trabajo de doctorado en los laboratorios de Merbl y Hanna. “Condensa físicamente la cromatina y evita que el ADN de la célula exprese genes que han sido identificados con totipotencia. Tan pronto como invertimos la condensación, la cromatina se abre y esto provoca el desbloqueo”.
A través de experimentos con embriones de ratón y células madre, Sheban y sus colegas demostraron cómo cambia la disposición espacial de la cromatina para hacerla más compacta: uno de sus componentes proteicos, llamado histona H1, está marcado con una proteína que pertenece a una familia de pequeñas ubiquitinas. como modificadores oídos, o SUMO. En lugar de marcar las proteínas para su degradación como la ubiquitina, su famosa prima, SUMO modifica su función.
El etiquetado por SUMO es una de las numerosas modificaciones que las proteínas pueden sufrir en una etapa relativamente tardía, es decir, una vez que se sintetizan por completo. Como muestra el caso de la histona H1, una marca de este tipo puede influir decisivamente en la actividad de una proteína. «Independientemente de la concentración de la proteína en la célula, su función puede regularse mediante modificaciones en etapas tardías», dice Merbl.
Cuando los científicos manipularon genéticamente las células madre embrionarias para eliminar las proteínas histona H1, o la enzima responsable del etiquetado SUMO, estas células volvieron a la totipotencia y recuperaron su capacidad para formar tejido placentario. No solo se abrió su cromatina, sino que se reexpresaron más de cien genes implicados en la totipotencia.
Los resultados del estudio abren nuevas vías de investigación sobre el desarrollo embrionario y los procesos patológicos, como los mecanismos subyacentes del cáncer. Los defectos en el etiquetado SUMO pueden estar involucrados en la pérdida de identidad de las células cancerosas, lo que hace que estas células vuelvan a un estado inmaduro caracterizado por un crecimiento agresivo. El estudio también podría tener implicaciones para la medicina regenerativa al proporcionar nuevos conocimientos sobre cómo maduran y se especializan las células. Una comprensión tan profunda podría, a su vez, ayudar a aportar precisión adicional al campo de la ingeniería de tejidos y órganos con fines terapéuticos.
«Nuestros resultados podrían agregar una nueva herramienta para la regeneración de tejidos: liberar la cromatina de una célula para crear un arreglo espacial deseado», dice Sheban.
