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Detectan una nueva vía para reprogramar en ratones células madre embrionarias en 'totipotentes'

Investigadores de la Universidad de California en Berkeley (Estados Unidos) han encontrado una forma de reprogramar células madre embrionarias de ratones para que tengan características de desarrollo similares a las de un óvulo ya fertilizado o cigoto.
Estas células madre 'totipotentes' son capaces de generar no sólo todos los tipos de células que pueden encontrarse dentro de un embrión en desarrollo, sino también aquellos tipos celulares que facilitan el intercambio de nutrientes entre el embrión y la madre, explican los autores en la revista 'Science'.
Este hallazgo permitirá a los investigadores entender mejor las decisiones moleculares que se producen en los primeros momentos de un embrión y, en última instancia, podría servir para ampliar el repertorio de tejidos que pueden generarse a partir de células madre, con implicaciones significativas para la medicina regenerativa y la terapia celular.
Se cree que un óvulo fertilizado posee un potencial de desarrollo pleno, capaz de generar todos los tipos celulares necesarios para la gestación embrionaria, incluyendo tanto al embrión en desarrollo como sus tejidos extraembrionarios. De hecho, una característica única de los mamíferos con placenta es que este tejido o el saco vitelino son vitales para el intercambio de nutrientes entre la madre y el feto.
Por el contrario, la mayoría de las células madre pluripotentes embrionarias e inducidas tienen un potencial de desarrollo más restringido, capaces de formar tipos de células embrionarias, pero no de tejidos extraembrionarios.
Frente a esto, la capacidad de un óvulo fertilizado para generar tejidos tanto embrionarios como extraembrionarios se conoce como "totipotencia", algo sólo observado durante las primeras etapas del desarrollo embrionario.
"Los estudios sobre el desarrollo embrionario se benefician enormemente del sistema de cultivo de células madre embrionarias y, más recientemente, de células madre pluripotentes inducidas (iPS), que permiten a los científicos diseccionar vías moleculares clave que especifican las decisiones de destino celular en el desarrollo embrionario", ha reconocido Lin He, profesor que ha liderado este trabajo.
El problema hasta ahora es que el potencial del desarrollo de un cigoto, formado justo después de la unión de un espermatozoide con un óvulo, ha sido muy difícil de estudiar por la falta de un sistema experimental de cultivo celular, ha añadido.
En este nuevo trabajo ofrecen un novedoso mecanismo para regular el estado de las células madre "totipotentes", al tiempo que también proporciona un potente sistema de cultivo celular para estudiar la totipotencia.
DIFERENCIAS ENTRE CÉLULAS MADRE EMBRIONARIAS E iPS
Las células madre embrionarias, obtenidas de embriones de ratón de tres días y medio de vida o embriones humanos de cinco días y medio de vida, se denominan pluripotentes porque pueden convertirse en cualquiera de los miles de tipos de células en el cuerpo. Esto ha generado un enorme entusiasmo entre los investigadores de cara a descubrir los interruptores genéticos que controlan el desarrollo de tejidos especializados en el embrión y el feto, y también por su potencial para reemplazar los tejidos dañados del organismo, tales como células pancreáticas en pacientes con diabetes o del músculo cardiaco en aquellos con insuficiencia cardiaca congestiva.
Y como alternativa, los científicos también han demostrado que pueden obtener células madre pluripotentes mediante el tratamiento de células madre adultas con un cóctel de factores de transcripción para reprogramarlas y que sean casi tan flexibles como las células madre embrionarias, las llamadas iPS.
Sin embargo, ni unas ni otras son realmente tan flexibles como el óvulo fecundado original, que puede formar tejidos extraembrionarios y embrionarios. Y en el momento en que las células madre embrionarias proceden de un ratón o embrión humano, las células ya se han comprometido a un linaje embrionario o extra-embrionario.
En la regulación de la expresión génica juegan un papel clave los microARNs no codificantes y en concreto han identificado que uno de ellos, como conocido como miR-34a, parece ser un freno que evita que las células embrionarias y pluripotentes produzcan tejidos extraembrionarios. De hecho, cuando este microARN fue eliminado genéticamente, ambas células fueron capaces de expandir sus decisiones de desarrollo para generar tipos de células embrionarias, así como de la placenta o del saco vitelino.
En sus experimentos, alrededor del 20 por ciento de las células madre embrionarias que carecen del microRNA exhibieron un potencial expansivo que, además, podía mantenerse durante un máximo de un mes en cultivo celular.
"Lo que es bastante sorprendente es que con manipular sólo un solo microARN ha sido suficiente para expandir el destino de las células madre embrionarias", ha reconocido, al tiempo que resalta la importancia de los ARN no codificantes en el destino de las células madre.
Además, en este estudio el grupo de He descubrió un vínculo inesperado entre el miR-34a y una clase específica de retrotransposones de ratón, considerados durante mucho tiempo como 'ADN basura' pero que ahora se ha visto que podría estar estrechamente ligado con la toma de decisiones de los embriones en sus primeras fases.