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Escalando la pendiente de la pluripotencialidad


Una máxima presente a lo largo de la historia de la biomedicina es que una célula embrionaria posee un potencial absoluto de diferenciación y que una vez iniciado el camino cuesta abajo en la diferenciación o especialización celular, no hay marcha atrás. Tras la fecundación del óvulo, el cigoto sufre una serie de rápidas divisiones celulares que le conducen al estadio de mórula y éste, a su vez, sufre el primer proceso de diferenciación que dará lugar al blastocisto. Este primer evento de diferenciación deja una capa de células externa que es denominado trofoblasto (y que formará la parte embrionaria de la placenta) y una masa de células internas que posteriormente dará lugar al embrión y que se denomina embrioblasto. Las células obtenidas de esta masa celular interna y puestas en cultivo son las famosas (y atacadas por los fundamentalistas religiosos) células madre embrionarias.

de la fecundación al blastocisto

A mediados del siglo pasado, Conrad Waddington (1905-1975), genetista y biólogo del desarrollo escocés, ideó su metáfora del paisaje epigenético para ilustrar el proceso de desarrollo embrionario y cómo una célula, con toda la potencialidad para generar los

Conrad Waddington

tipos celulares presentes en un organismo, desciende por caminos que la van llevando a través de valles que condicionan su destino final, al igual que una canica puesta en lo alto de una colina descendería por distintos caminos hasta establecerse en el punto más bajo de un valle. La metáfora implica que una célula madre está en lo más alto de la cima de la pluripotencialidad y que la caída por la pendiente conlleva pérdida de potencialidad. Cada camino que se toma durante el descenso supone un compromiso hacia un destino final que no puede verse alterado, puesto que supondría saltar colinas en busca de otros valles, ni puede ser revertido, puesto que implicaría ascender la pendiente.

Sin embargo, en 1962 John Gurdon (1933), entonces en la Universidad de Oxford, demostró que el proceso de diferenciación sí es reversible cuando consiguió clonar por primera vez una rana usando la técnica de transferencia nuclear. El núcleo de células somáticas de rana (Xenopus) podía ser transferido a un oocito al que previamente se le

Transferencia nuclear

había retirado su núcleo y con ello, el material genético de la célula somática sufría los cambios necesarios que le permitían trepar por la pendiente hasta la cima de la pluripotencialidad.

Los descubrimientos iniciados por Gurdon culminaron en 1997 con la clonación del primer mamífero, la archifamosa oveja Dolly, a manos de Ian Wilmut del Instituto Roslin de Edimburgo, Escocia, producto de la transferencia nuclear al igual que su antecesora la rana.

Ya en los años 80 del siglo pasado, utilizando viejas técnicas de fusión celular, Helen Blau describió que la pluripotencialidad de una célula embrionaria es dominante frente a la célula somática comprometida y especializada en una función. Puestas en cultivo células diferenciadas y células embrionarias mezcladas en iguales proporciones y añadiendo un

Heterocarion

polímero, el polietilenglicol (PEG), se induce la fusión de sus membranas y la tortilla resultante (heterocarion) es una masa celular que contiene varios núcleos y que presenta características de célula embrionaria. Este tipo de experimentos demuestra que en la célula embrionaria existen factores que permiten a la célula “ganar” pluripotencialidad y que por tanto ese estado es mantenido activamente por las células madre mediante factores que podrían ser transferidos a células somáticas y con ello revertir su diferenciación.

Esta idea fue puesta en práctica en el 2006 por Shinya Yamanaka, cuando hizo su lista de genes candidatos a ser cruciales en el mantenimiento de la pluripotencilidad (24 genes incluyó). Se los “echó” todos a células de ratón diferenciadas y observó que, sorprendentemente, la cosa funcionaba. Depuró con precisión el número mínimo y la identidad de los factores necesarios, quedándose en los conocidos como “factores Yamanaka”, a saber: Oct4, Sox2, Klf4 y c-Myc. De estos cuatro factores originales, c-Myc, conocido oncogén, se ha ido cayendo de la mayoría de combinaciones usadas en los laboratorios por su evidente peligrosidad. La técnica se ha reproducido en multitud de laboratorios de todo el mundo, empleando muy distintos tipos celulares de partida, procedentes de los más diversos organismos, y realizando variaciones sobre el protocolo original para desarrollar sistemas más seguros de introducción de los factores, o para directamente substituirlos por agentes químicos que realicen la función de estos genes de una manera transitoria y más controlada. Al proceso se le conoce como reprogramación a células pluripotentes inducidas (o células iPS).

Proceso de reprogramación a partir de células somáticas

La prueba del algodón de que las células así generadas en cultivo, partiendo de células somáticas (una célula de la piel, un linfocito B, una célula del hígado, etc) a las que se les añadió estos factores, son capaces de generar un ratón entero contribuyendo a formar todos los tejidos sin problema alguno en el desarrollo.

Evidentemente, esta no es la aplicación que se busca cuando se generan células iPS. La aplicación a la que todos los laboratorios aspiran es a dirigir ahora la diferenciación de estas células al tipo celular necesario para un eventual transplante o terapia. Otra posibilidad teórica es la de obtener células dañadas por algún tipo de defecto genético de un paciente, corregir el defecto, reprogramarlas a células iPS y volver a diferenciarlas para ser reintroducidas en los pacientes una vez subsanado el problema. Esta misma aproximación plantea otra aplicación, la de poder utilizar células derivadas de un paciente para ensayar nuevas terapias de enfermedades para las que no se dispone de un buen sistema celular con el que ensayar en la placa de cultivo una buena batería de compuestos.

En este vídeo producido por el laboratorio de Shinya Yamanaka, por ejemplo, se pueden observar cardiomiocitos generados a partir de células iPS que laten en cultivo:

http://fuentedelaeternajuventud.blogspot.com/2010/06/miocitos-latiendo.html

Por supuesto aún nos queda mucho por entender sobre cómo dirigir la diferenciación de manera controlada y eficiente. Incluso sabiendo cómo hacer un cardiomiocito funcional, conseguir transplantarlo en el sitio adecuado y que éste entre a formar parte del corazón receptor y se ponga a funcionar como es debido no es trivial. Pero estos son los primeros, esperanzadores, pasos.

Artículos originales:

Gurdon, J. B. Adult frogs derived from the nuclei of single somatic cells. Dev. Biol. 4, 256–273 (1962). 
En este estudio, John Gurdon usó la transferencia nuclear de células intestinales de anfibios para demostrar que retienen toda la información genética necesaria que, apropiadamente reprogramada, pueden conducir a generar toda una rana.

Wilmut, I., Schnieke, A. E., McWhir, J., Kind, A. J. & Campbell, K. H. Viable offspring derived from fetal and adult mammalian cells. Nature 385, 810–813 (1997). 
La descripción del primer mamífero clonado, la oveja Dolly, por transferencia nuclear.

Blau, H. M., Chiu, C. P. & Webster, C. Cytoplasmic activation of human nuclear genes in stable heterocaryons. Cell 32, 1171–1180 (1983). 
Este artículo muestra la plasticidad de las células diferenciadas de mamífero cuyo estado puede ser revertido mediante la fusión a células embrionarias, formando un heterokarion.

Takahashi, K. & Yamanaka, S. Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors. Cell 126, 663–676 (2006). 
La introducción de cuatro factores de transcripción en células somáticas es suficiente para convertir estas células en pluripotentes.

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