Diferenciarse o no diferenciarse, esa es la cuestión
Un aspecto hasta ahora no resuelto de las células pluripotentes es qué sucede en el preciso instante en que comienzan a diferenciarse. Mediante un estudio se pudo comprobar que el ciclo celular se acorta durante una primera transición de diferenciación y, en particular, esto ocurre en la etapa que precede a la duplicación del ADN. Se trata de un conocimiento clave para encarar terapias con células madre.
Colonia de células madre embrionarias.
En los últimos años se vienen ofreciendo promesas basadas en las virtudes potenciales de las células madre embrionarias para la regeneración y reparación de tejidos o de órganos enfermos. Sin embargo, al respecto aún persisten algunos interrogantes. Por ejemplo, qué sucede en ese momento clave en que una célula pluripotente, es decir, capaz de convertirse en cualquier célula del cuerpo, comienza a diferenciarse para transformarse en una célula especializada, ya con una “personalidad” definida.
Ahora, un equipo de investigadores e investigadoras de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA ofrece algunas respuestas. En efecto, acaban de caracterizar el momento preciso en que una célula pluripotente “toma la decisión” de empezar a diferenciarse.
“Es la primera vez que se caracteriza el ciclo celular en células madre embrionarias, individuales y vivas, cultivadas en un estado de pluripotencia muy primitivo, parecido a un estadio muy temprano del desarrollo del embrión, y vimos que las características generales del ciclo son similares a las que ya estaban descriptas para las células cultivadas en otras condiciones”, afirma Alejandra Guberman, docente en Exactas UBA y responsable del grupo de investigación en el Instituto de Química Biológica (IQUIBICEN, UBA-CONICET). El trabajo, cuyo primer autor es el doctor Ariel Waisman, se publica en Scientific Reports
Pluripotencia
Alejandra Guberman y Ariel Waisman.
Las células madre pluripotentes son aquellas que pueden dividirse y dar células iguales a sí mismas (otras células madre, también pluripotentes), manteniéndose en un estado indiferenciado, pero también pueden comenzar a diferenciarse y convertirse en cualquier tipo de célula del cuerpo. Hay diferentes tipos de pluripotencia, lo que los científicos denominan pluripotencia “naive” (ingenua) sería equivalente a un estado muy primitivo de desarrollo en el embrión.
Si se las coloca en condiciones de cultivo adecuadas, se puede lograr que se mantengan indiferenciadas. Guberman destaca: “Nosotros nos enfocamos en estudiar los mecanismos moleculares por los cuales las células, o se quedan en este estado de autorrenovación, dividiéndose en estado indiferenciado, o toman la decisión de iniciar un proceso de diferenciación”.
El ciclo celular consiste en una serie de etapas por las que transita la célula desde que surge hasta que se vuelve a dividir. Y un momento clave en el ciclo es cuando se duplica el ADN.
“Se sabe que la regulación de las distintas etapas del ciclo influye sobre la capacidad de la célula de diferenciarse. Si recibe señales de diferenciación en cualquier momento, no las puede ejecutar. Solo puede hacerlo si las recibe en la etapa anterior a la replicación del ADN”, explica la investigadora.
El grupo de investigación cuenta con una línea de células madre embrionarias de ratón, que poseen marcadores fluorescentes de ciclo celular. De este modo, según el color que se presente, es posible identificar en qué etapa del ciclo se encuentra la célula.
Asimismo, es posible seguir a cada célula a lo largo de las divisiones, y así se puede conocer el linaje de cada una, es decir, saber cuál es su madre, cuál su hermana, y cuáles son sus hijas. De esta manera, se pudo caracterizar, en células individuales, la duración del ciclo celular completo, o una etapa particular del ciclo.
Un aspecto sobre el cual no había consenso en la comunidad científica era si la etapa anterior a la duplicación del ADN se acorta o se alarga al momento de comenzar la diferenciación celular.
Un ciclo más corto
“Pudimos caracterizar el ciclo celular, y vimos que, en la primera etapa de diferenciación, el ciclo se acorta”, destaca Guberman. Y prosigue: “Se sabía que este acortamiento sucede también en el embrión, pero nunca se había estudiado en células en estas condiciones de cultivo”.
Se sabía que en el embrión, en el breve lapso en que pasa de un estado indiferenciado a uno más avanzado en la diferenciación, en que las células se están diferenciando muy poco, se produce un acortamiento del ciclo celular. Dado que ese momento es cuando la célula puede recibir la señal de diferenciación, se cree que ese acortamiento podría deberse a la necesidad de reducir la ventana temporal en que la célula puede recibir esas señales de diferenciación y ejecutar las órdenes.
Además de caracterizar la duración del ciclo celular, los investigadores pudieron hacer un seguimiento de esa duración a través de las generaciones. Así, comprobaron que la duración del ciclo es similar en células hermanas.
Para confirmar que esa correlación entre células hermanas no era producto del azar, sino que estaba determinado por la herencia, los licenciados en Física Federico Sevlever y Alejandra Ventura, que forman parte del equipo, aplicaron un algoritmo para analizar el fenómeno. “Los datos indican que las hijas heredan el rasgo y ello explica la alta correlación”, confirma Ventura.
Lo cierto es que, por primera vez, se logró caracterizar el ciclo celular en células madre embrionarias cultivadas en estado de pluripotencia naive.
“Si queremos hacer terapia basada en células madre pluripotentes y obtener grandes cantidades para poder diferenciarlas y generar células del tejido que se desee, tenemos que conocer a fondo los mecanismos que controlan la diferenciación, porque es la única forma de poder dirigir ese proceso”, concluye Guberman.
El video muestra una colonia de células madre embrionarias que expresan las proteínas fluorescentes marcadoras de ciclo celular y de la cromatina. Las células se registraron durante 45 horas, creciendo en condiciones de inducción de diferenciación. La captura muestra la etapa de segmentación de núcleos celulares, rastreo nuclear y rastreo de división celular.
