Representación en 3-D de un telómero. Imagen: Giac83. Fuente: Wikipedia.
Un nuevo procedimiento puede aumentar de forma rápida y eficaz la longitud de los telómeros humanos, las tapas protectoras de los extremos de los cromosomas que están vinculadas con el envejecimiento y la enfermedad, según científicos de la Escuela de Medicina de la Universidad de Stanford (California, EE.UU.).
Las células tratadas se comportan como si fueran mucho más jóvenes que las células no tratadas, multiplicándose generosamente en la caja de Petri en lugar de estancarse o de morir. Las células de la piel con telómeros alargados por el procedimiento fueron capaces de dividirse hasta 40 veces más que las células no tratadas.
El procedimiento, que implica el uso de un tipo modificado de ARN, mejorará la capacidad de los investigadores para generar grandes números de células para el estudio o el desarrollo de fármacos, según los científicos. La investigación podría ayudar también a encontrar nuevas formas de tratar enfermedades causadas por el acortamiento de los telómeros.
El 'reloj' interno
Los telómeros son las tapas protectoras de los extremos de las hebras de ADN llamadas cromosomas, que albergan nuestros genomas. En los seres humanos jóvenes, los telómeros tienen unos 8.000-10.000 nucleótidos de largo. Se acortan con cada división celular, sin embargo, y cuando alcanzan una longitud crítica la célula deja de dividirse o muere. Este reloj interno hace que sea difícil mantener la mayoría de las células que se cultivan en un laboratorio durante más de unas pocas duplicaciones celulares.
"Ahora hemos encontrado una manera de alargar los telómeros humanos en hasta 1.000 nucleótidos, dando marcha atrás al reloj interno en estas células por el equivalente de muchos años de vida humana", explica Helen Blau, profesora de microbiología e inmunología de Stanford y directora del Laboratorio Baxter de Biología de Células Madre de la universidad, en la nota de prensa de ésta. "Esto aumenta considerablemente el número de células disponibles para estudios sobre fármacos o modelos de enfermedades."
Un artículo que describe la investigación fue publicado hace unos días en la revista FASEB Journal. Los investigadores utilizaron ARN mensajero modificado para extender los telómeros. El ARN lleva instrucciones sobre los genes del ADN a las fábricas de proteínas de la célula.
El ARN usado en este experimento contenía la secuencia codificante de TERT, el componente activo de una enzima natural llamada telomerasa. La telomerasa es expresada por las células madre, incluidas las que dan lugar a espermatozoides y óvulos, para asegurar que los telómeros de estas células permanecen en plena forma para la próxima generación. La mayoría de los otros tipos de células, sin embargo, expresan niveles muy bajos de telomerasa.
Las células tratadas se comportan como si fueran mucho más jóvenes que las células no tratadas, multiplicándose generosamente en la caja de Petri en lugar de estancarse o de morir. Las células de la piel con telómeros alargados por el procedimiento fueron capaces de dividirse hasta 40 veces más que las células no tratadas.
El procedimiento, que implica el uso de un tipo modificado de ARN, mejorará la capacidad de los investigadores para generar grandes números de células para el estudio o el desarrollo de fármacos, según los científicos. La investigación podría ayudar también a encontrar nuevas formas de tratar enfermedades causadas por el acortamiento de los telómeros.
El 'reloj' interno
Los telómeros son las tapas protectoras de los extremos de las hebras de ADN llamadas cromosomas, que albergan nuestros genomas. En los seres humanos jóvenes, los telómeros tienen unos 8.000-10.000 nucleótidos de largo. Se acortan con cada división celular, sin embargo, y cuando alcanzan una longitud crítica la célula deja de dividirse o muere. Este reloj interno hace que sea difícil mantener la mayoría de las células que se cultivan en un laboratorio durante más de unas pocas duplicaciones celulares.
"Ahora hemos encontrado una manera de alargar los telómeros humanos en hasta 1.000 nucleótidos, dando marcha atrás al reloj interno en estas células por el equivalente de muchos años de vida humana", explica Helen Blau, profesora de microbiología e inmunología de Stanford y directora del Laboratorio Baxter de Biología de Células Madre de la universidad, en la nota de prensa de ésta. "Esto aumenta considerablemente el número de células disponibles para estudios sobre fármacos o modelos de enfermedades."
Un artículo que describe la investigación fue publicado hace unos días en la revista FASEB Journal. Los investigadores utilizaron ARN mensajero modificado para extender los telómeros. El ARN lleva instrucciones sobre los genes del ADN a las fábricas de proteínas de la célula.
El ARN usado en este experimento contenía la secuencia codificante de TERT, el componente activo de una enzima natural llamada telomerasa. La telomerasa es expresada por las células madre, incluidas las que dan lugar a espermatozoides y óvulos, para asegurar que los telómeros de estas células permanecen en plena forma para la próxima generación. La mayoría de los otros tipos de células, sin embargo, expresan niveles muy bajos de telomerasa.
La ventaja
La nueva técnica tiene una ventaja importante sobre otros métodos posibles: Es temporal. El ARN modificado está diseñado para reducir la respuesta inmune de la célula al tratamiento y permitir que el mensaje de codificación de TERT permanezca un poco más de tiempo de lo que lo haría un mensaje no modificado.
Pero se disipa y desaparece al cabo de unas 48 horas. Después de ese tiempo, los telómeros alargados comienzan progresivamente a acortarse de nuevo con cada división celular. El efecto transitorio es algo así como pisar el pedal del acelerador en uno de los coches de una flota que se acerca lentamente a su parada.
El coche con el aumento extra de energía llegará más lejos que sus compañeros, pero también terminará parándose cuando su impulso hacia adelante se gaste. A nivel biológico, esto significa que las células tratadas no se dividen indefinidamente, lo que las haría demasiado peligrosas para usarse como terapia en humanos, debido al riesgo de cáncer.
Los investigadores descubrieron que tan sólo tres aplicaciones del ARN modificado durante un período de unos pocos días podían aumentar significativamente la longitud de los telómeros en las células cultivadas de músculo y piel humanos.
Una adición de 1000 nucleótidos representa un aumento de más del 10 por ciento en la longitud de los telómeros. Estas células se dividieron muchas veces más en la placa de cultivo que las células no tratadas: unas 28 veces más en el caso de las células de la piel, y cerca de tres veces en el de las musculares.
Sorpresa
"Nos sorprendió y agradó que el ARNm modificado de TERT funcionara, porque TERT está altamente regulado y debe unirse a otro componente de la telomerasa", explica John Ramunas, postdoc de Stanford.
"Los intentos anteriores provocaron una respuesta inmune contra la telomerasa, lo que podría ser perjudicial. En contraste, nuestra técnica es no-inmunogénica. Los métodos transitorios existentes para extender los telómeros actúan lentamente, mientras que nuestro método en unos pocos días revierte el acortamiento que se produce durante más de una década de envejecimiento normal. Esto sugiere que un tratamiento con nuestro método podría ser breve y poco frecuente".
Blau y sus colegas se interesaron en los telómeros cuando en un trabajo anterior de su laboratorio mostraron que las células madre musculares de niños con distrofia muscular de Duchenne tenían telómeros que eran mucho más cortos que los de los niños sin la enfermedad.
Este hallazgo no sólo tiene implicaciones para la comprensión de cómo funcionan -o no funcionan- las células al crear nuevo músculo, pero también ayuda a explicar la limitada capacidad para cultivar células afectadas en el laboratorio, para su estudio.
Los investigadores están probando ahora su nueva técnica en otros tipos de células. "Estamos trabajando para entender más acerca de las diferencias entre los tipos de células, y cómo podemos superar esas diferencias para permitir que este enfoque sea más universalmente útil", explica Blau.
La nueva técnica tiene una ventaja importante sobre otros métodos posibles: Es temporal. El ARN modificado está diseñado para reducir la respuesta inmune de la célula al tratamiento y permitir que el mensaje de codificación de TERT permanezca un poco más de tiempo de lo que lo haría un mensaje no modificado.
Pero se disipa y desaparece al cabo de unas 48 horas. Después de ese tiempo, los telómeros alargados comienzan progresivamente a acortarse de nuevo con cada división celular. El efecto transitorio es algo así como pisar el pedal del acelerador en uno de los coches de una flota que se acerca lentamente a su parada.
El coche con el aumento extra de energía llegará más lejos que sus compañeros, pero también terminará parándose cuando su impulso hacia adelante se gaste. A nivel biológico, esto significa que las células tratadas no se dividen indefinidamente, lo que las haría demasiado peligrosas para usarse como terapia en humanos, debido al riesgo de cáncer.
Los investigadores descubrieron que tan sólo tres aplicaciones del ARN modificado durante un período de unos pocos días podían aumentar significativamente la longitud de los telómeros en las células cultivadas de músculo y piel humanos.
Una adición de 1000 nucleótidos representa un aumento de más del 10 por ciento en la longitud de los telómeros. Estas células se dividieron muchas veces más en la placa de cultivo que las células no tratadas: unas 28 veces más en el caso de las células de la piel, y cerca de tres veces en el de las musculares.
Sorpresa
"Nos sorprendió y agradó que el ARNm modificado de TERT funcionara, porque TERT está altamente regulado y debe unirse a otro componente de la telomerasa", explica John Ramunas, postdoc de Stanford.
"Los intentos anteriores provocaron una respuesta inmune contra la telomerasa, lo que podría ser perjudicial. En contraste, nuestra técnica es no-inmunogénica. Los métodos transitorios existentes para extender los telómeros actúan lentamente, mientras que nuestro método en unos pocos días revierte el acortamiento que se produce durante más de una década de envejecimiento normal. Esto sugiere que un tratamiento con nuestro método podría ser breve y poco frecuente".
Blau y sus colegas se interesaron en los telómeros cuando en un trabajo anterior de su laboratorio mostraron que las células madre musculares de niños con distrofia muscular de Duchenne tenían telómeros que eran mucho más cortos que los de los niños sin la enfermedad.
Este hallazgo no sólo tiene implicaciones para la comprensión de cómo funcionan -o no funcionan- las células al crear nuevo músculo, pero también ayuda a explicar la limitada capacidad para cultivar células afectadas en el laboratorio, para su estudio.
Los investigadores están probando ahora su nueva técnica en otros tipos de células. "Estamos trabajando para entender más acerca de las diferencias entre los tipos de células, y cómo podemos superar esas diferencias para permitir que este enfoque sea más universalmente útil", explica Blau.
Referencia bibliográfica:
J. Ramunas, E. Yakubov, J. J. Brady, S. Y. Corbel, C. Holbrook, M. Brandt, J. Stein, J. G. Santiago, J. P. Cooke, H. M. Blau. Transient delivery of modified mRNA encoding TERT rapidly extends telomeres in human cells. The FASEB Journal (2015). DOI: 10.1096/fj.14-259531
J. Ramunas, E. Yakubov, J. J. Brady, S. Y. Corbel, C. Holbrook, M. Brandt, J. Stein, J. G. Santiago, J. P. Cooke, H. M. Blau. Transient delivery of modified mRNA encoding TERT rapidly extends telomeres in human cells. The FASEB Journal (2015). DOI: 10.1096/fj.14-259531