Investigadores identifican redes genéticas fundamentales que impulsan el comportamiento de las células raíz embrionarias humanas

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En las primeras etapas del desarrollo embrionario humano, una pequeña colección de células conocidas como células madre embrionarias humanas (hESC) orquestan el crecimiento y la diferenciación, lo que da como resultado tejidos humanos altamente especializados. Como células pluripotentes, progenitoras de todos los tipos de células del cuerpo, las hESC son de interés central para los biólogos del desarrollo y la regeneración. Muchos genes que impulsan el funcionamiento de las hESC se han identificado previamente, pero solo recientemente han surgido herramientas poderosas que arrojan luz sobre las actividades relacionadas de estos genes. Investigadores del Brigham and Women’s Hospital y de la Facultad de Medicina de Harvard han utilizado la detección genética del genoma completo para sobreexpresar y «anular» decenas de miles de genes en las hESC. Descubrieron redes clave que controlan simultáneamente la pluripotencia y la preparación para la muerte celular (apoptosis), lo que ayuda a garantizar las condiciones óptimas para el desarrollo embrionario. Los resultados del estudio, publicados en Genes y desarrollo, ofrecen nuevos conocimientos sobre la genética del cáncer y un nuevo enfoque para la investigación de la medicina regenerativa.

«Nuestros métodos nos han permitido crear un ‘atlas’ de casi todos los genes del genoma humano y determinar qué efecto tiene su sobreexpresión o pérdida en los primeros pasos fundamentales del desarrollo humano», dijo la autora principal, Kamila Naxerova, PhD, ex becaria postdoctoral en Laboratorio de Elledge en Brigham Genetics Division. «En lugar de examinar los genes uno por uno, observamos miles de alteraciones genéticas simultáneamente para determinar cómo afectan la proliferación de células madre embrionarias y, posteriormente, el desarrollo de las tres capas germinales que sirven como materia prima para los tejidos humanos».

«Aclarar cómo la función de las células madre embrionarias humanas está controlada por la genética es esencial para nuestra comprensión de la biología del desarrollo y la medicina regenerativa», dijo el autor correspondiente Stephen Elledge, PhD, profesor de genética y medicina Gregor Mendel en Brigham and HMS. «Nuestro estudio proporciona el examen más completo de la función genética en las hESC hasta la fecha».

Al realizar su experimento, que implicó la eliminación de aproximadamente 18.000 genes y la sobreexpresión de 12.000 genes, los investigadores notaron un papel único que desempeñan los genes hESC que controlan la pluripotencia o la capacidad de diferenciación. Cuando los investigadores eliminaron estos genes conocidos, entre ellos 4 de octubre Y SOX2, las células madre han aumentado sorprendentemente su resistencia a la muerte, lo que indica que, en circunstancias normales, los reguladores de la pluripotencia también contribuyen a las vías de la apoptosis. Los investigadores plantearon la hipótesis de que el vínculo genético entre la pluripotencia y la muerte celular estrictamente reglamentada ayuda a garantizar que si una célula madre se daña, se destruye temprano en el desarrollo embrionario antes de que pueda comprometer el funcionamiento de futuras células y tejidos.

Estos comportamientos relacionados fueron particularmente evidentes en un regulador de pluripotencia conocido como complejo SAGA. Los investigadores demostraron por primera vez que las hESC murieron con menos facilidad en ausencia del complejo SAGA. Además, su ausencia inhibió el desarrollo de las tres capas germinales (endodermo, mesodermo y ectodermo), lo que refleja el papel central del complejo SAGA en una variedad de actividades de hESC. Por último, los investigadores observaron que muchos de los genes que regulan la formación de las tres capas germinales también se conocen como contribuyentes al crecimiento tumoral cuando se sobreexpresan o subexpresan en las células somáticas.

Además de ofrecer una nueva perspectiva sobre la base genética de los cánceres, el enfoque de cribado genético de alto rendimiento del estudio puede informar el trabajo futuro en biología regenerativa.

«Las pantallas genéticas representan una oportunidad maravillosa para investigar cómo las redes genéticas contribuyen a comportamientos celulares relacionados como el crecimiento, la diferenciación y la supervivencia», dijo Naxerova, quien ahora es profesora asistente en el Centro de Biología de Sistemas del Hospital General de Massachusetts. «Este enfoque puede ayudar a los biólogos del desarrollo y la regeneración a mapear sistemáticamente las redes genéticas involucradas en la formación de tejidos particulares y manipular esos genes para hacer crecer de manera más eficiente diferentes tipos de tejido humano a partir de células madre».

Fuente de la historia:

Materiales proporcionados por Hospital Brigham and Women’s. Nota: el contenido se puede cambiar por estilo y longitud.

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