Andrew Yoo (a la izquierda) y sus colaboradores Michelle Richner y Matheus Victor. Fuente: Escuela de Medicina de la Universidad de Washington.
Un equipo de científicos de la Escuela de Medicina de la Universidad de Washington en St. Louis (EEUU) ha descrito una forma de convertir células de piel humana directamente en un tipo específico de célula del cerebro, que se ven afectadas por la enfermedad de Huntington, un trastorno neurodegenerativo que en última instancia resulta fatal.
A diferencia de otras técnicas que convierten un tipo de célula en otro tipo, este nuevo proceso no pasa por una fase de células madre, evitando la producción de varios tipos de células, informan los autores del estudio en un comunicado de dicho centro.
Los investigadores demostraron además que estas células convertidas sobrevivieron al menos seis meses después de su inyección en el cerebro de ratones, y que se comportaron de manera similar a las células naturales del cerebro.
"Estas células trasplantadas no solo han sobrevivido en el cerebro del ratón, sino que además han mostrado propiedades funcionales similares a las de las células nativas", afirma el autor principal del trabajo, Andrew S. Yoo.
La receta de la transformación celular
Los científicos produjeron en concreto un tipo de células cerebrales llamadas neuronas espinosas medianas, que son importantes para el control del movimiento y que son las primeras que se ven afectadas por la enfermedad de Huntington, un trastorno genético heredado que causa movimientos involuntarios de los músculos y un deterioro cognitivo general, a partir de la mediana edad.
Los pacientes con esta afección viven alrededor de 20 años después de la aparición de los primeros síntomas, que empeoran progresivamente con el tiempo.
En la investigación se usaron células humanas adultas de la piel, en lugar de células de ratón, más comúnmente estudiadas, o células humanas en una etapa temprana de desarrollo. Para reprogramarlas, Yoo y sus colaboradores las ubicaron en un entorno que imitaba el ambiente de las células cerebrales.
Por trabajos anteriores, los investigadores sabían que la exposición de estas células a dos pequeñas moléculas de ARN podía convertirlas en una combinación de diferentes tipos de neuronas. En un estudio previo publicado en Nature, los científicos habían demostrado más concretamente que exponer dichas células a dos micro ARN (ARN monocatenarios, de una longitud de entre 21 y 25 nucleótidos, que tienen la capacidad de regular la expresión de otros genes mediante diversos procesos) llamados miR-9 y miR-124 alteraba el mecanismo que gobierna el funcionamiento del ADN celular.
Todo sucedió de la siguiente forma: En una célula de la piel, las instrucciones del ADN que pueden convertir dicha célula en una neurona -o en cualquier otro tipo de célula- permanecen sin ser usadas debido a que ese ADN permanece aislado, dentro de lo que se conoce como "empaquetamiento del ADN".
Lo que hacen estos micro RNAs es abrir ese empaquetamiento, para posibilitar que la información de ese ADN convierta a la célula de la piel en otra célula. Así, ese material genético antes enclaustrado puede permitir la expresión de los genes que regulan el desarrollo y la función de las neuronas, y transformar unas células en otras células.
En el presente estudio, además de exponer las células de la piel a esos micro RNAs los científicos enviaron señales químicas a las células de la piel en forma de factores de transcripción (proteínas que participa en la regulación de la transcripción del ADN), que se sabe están presentes en la parte del cerebro donde las neuronas espinosas medianas son comunes.
A diferencia de otras técnicas que convierten un tipo de célula en otro tipo, este nuevo proceso no pasa por una fase de células madre, evitando la producción de varios tipos de células, informan los autores del estudio en un comunicado de dicho centro.
Los investigadores demostraron además que estas células convertidas sobrevivieron al menos seis meses después de su inyección en el cerebro de ratones, y que se comportaron de manera similar a las células naturales del cerebro.
"Estas células trasplantadas no solo han sobrevivido en el cerebro del ratón, sino que además han mostrado propiedades funcionales similares a las de las células nativas", afirma el autor principal del trabajo, Andrew S. Yoo.
La receta de la transformación celular
Los científicos produjeron en concreto un tipo de células cerebrales llamadas neuronas espinosas medianas, que son importantes para el control del movimiento y que son las primeras que se ven afectadas por la enfermedad de Huntington, un trastorno genético heredado que causa movimientos involuntarios de los músculos y un deterioro cognitivo general, a partir de la mediana edad.
Los pacientes con esta afección viven alrededor de 20 años después de la aparición de los primeros síntomas, que empeoran progresivamente con el tiempo.
En la investigación se usaron células humanas adultas de la piel, en lugar de células de ratón, más comúnmente estudiadas, o células humanas en una etapa temprana de desarrollo. Para reprogramarlas, Yoo y sus colaboradores las ubicaron en un entorno que imitaba el ambiente de las células cerebrales.
Por trabajos anteriores, los investigadores sabían que la exposición de estas células a dos pequeñas moléculas de ARN podía convertirlas en una combinación de diferentes tipos de neuronas. En un estudio previo publicado en Nature, los científicos habían demostrado más concretamente que exponer dichas células a dos micro ARN (ARN monocatenarios, de una longitud de entre 21 y 25 nucleótidos, que tienen la capacidad de regular la expresión de otros genes mediante diversos procesos) llamados miR-9 y miR-124 alteraba el mecanismo que gobierna el funcionamiento del ADN celular.
Todo sucedió de la siguiente forma: En una célula de la piel, las instrucciones del ADN que pueden convertir dicha célula en una neurona -o en cualquier otro tipo de célula- permanecen sin ser usadas debido a que ese ADN permanece aislado, dentro de lo que se conoce como "empaquetamiento del ADN".
Lo que hacen estos micro RNAs es abrir ese empaquetamiento, para posibilitar que la información de ese ADN convierta a la célula de la piel en otra célula. Así, ese material genético antes enclaustrado puede permitir la expresión de los genes que regulan el desarrollo y la función de las neuronas, y transformar unas células en otras células.
En el presente estudio, además de exponer las células de la piel a esos micro RNAs los científicos enviaron señales químicas a las células de la piel en forma de factores de transcripción (proteínas que participa en la regulación de la transcripción del ADN), que se sabe están presentes en la parte del cerebro donde las neuronas espinosas medianas son comunes.
Posibles futuras terapias contra el Huntington
En este proceso, por tanto, según desciriben los investigadores: los micro RNAs hacen el trabajo duro, mientras que los factores de transcripción añadidos guían a las células de la piel hacia su conversión en un subtipo específico, en este caso, neuronas espinosas medianas.
Asimismo, los científicos creen que aplicando diferentes factores de transcripción o proteínas podrían producirse diferentes tipos de neuronas.
Yoo también explica que el estudio ha demostrado que los micro RNAs, y no los factores de transcripción, son el componente fundamental para la reprogramación general de las células humanas de la piel en neuronas, pues células de la piel expuestas solo a factores de transcripción, sin los micro RNAs, no se transformaron en células del cerebro.
Para estudiar las propiedades celulares asociadas con la enfermedad de Huntington, los investigadores ya están tomando células de la piel de pacientes con este trastorno y reprogramándolas como neuronas espinosas medianas con este nuevo enfoque. También planean inyectar células humanas reprogramadas sanas en ratones con un modelo de la enfermedad de Huntington, para ver si esto tiene algún efecto sobre sus síntomas.
En lo que respecta a posibles terapias para humanos, la posibilidad de convertir células humanas adultas podría permitir en un futuro usar las propias células de la piel de un paciente, fácilmente accesibles y sin peligro de rechazo por parte del sistema inmune.
En este proceso, por tanto, según desciriben los investigadores: los micro RNAs hacen el trabajo duro, mientras que los factores de transcripción añadidos guían a las células de la piel hacia su conversión en un subtipo específico, en este caso, neuronas espinosas medianas.
Asimismo, los científicos creen que aplicando diferentes factores de transcripción o proteínas podrían producirse diferentes tipos de neuronas.
Yoo también explica que el estudio ha demostrado que los micro RNAs, y no los factores de transcripción, son el componente fundamental para la reprogramación general de las células humanas de la piel en neuronas, pues células de la piel expuestas solo a factores de transcripción, sin los micro RNAs, no se transformaron en células del cerebro.
Para estudiar las propiedades celulares asociadas con la enfermedad de Huntington, los investigadores ya están tomando células de la piel de pacientes con este trastorno y reprogramándolas como neuronas espinosas medianas con este nuevo enfoque. También planean inyectar células humanas reprogramadas sanas en ratones con un modelo de la enfermedad de Huntington, para ver si esto tiene algún efecto sobre sus síntomas.
En lo que respecta a posibles terapias para humanos, la posibilidad de convertir células humanas adultas podría permitir en un futuro usar las propias células de la piel de un paciente, fácilmente accesibles y sin peligro de rechazo por parte del sistema inmune.
Referencia bibliográfica:
Victor MB, Richner M, Hermanstyne TO, Ransdell JL, Sobieski C, Deng PY, Klyachko VA, Nerbonne JM, Yoo AS. Generation of human striatal neurons by microRNA-dependent direct conversion of fibroblasts. Neuron (2014). DOI: 10.1016/j.neuron.2014.10.016.
Victor MB, Richner M, Hermanstyne TO, Ransdell JL, Sobieski C, Deng PY, Klyachko VA, Nerbonne JM, Yoo AS. Generation of human striatal neurons by microRNA-dependent direct conversion of fibroblasts. Neuron (2014). DOI: 10.1016/j.neuron.2014.10.016.