Celula stem pluripotentă indusă

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

O celulă stem pluripotentă indusă (cunoscută și sub denumirea de iPS sau iPSC din celula stem pluripotentă indusă de engleză) este un tip de celulă stem generată artificial dintr-o celulă diferențiată terminal (de obicei o celulă somatică adultă), prin introducerea a patru gene care codifică anumite transcripții factori care induc conversia unei linii celulare specifice într-o celulă stem, care la rândul său se poate dezvolta într-o celulă diferențiată.

Pe baza acestor proprietăți, iPSC-urile oferă mari speranțe în domeniul medicinei regenerative: posibilitatea de a induce diferențierea acestora în majoritatea tipurilor de celule ale unui organism (cum ar fi celulele neuronale, pancreatice, cardiace și hepatice), poate fi exploatată în regenerarea celor deteriorate țesuturi sau organe.

Caracteristici

Aceste [1] celule sunt cu adevărat similare cu celulele stem embrionare, în ceea ce privește morfologia, fenotipul, transcripția, epigenetica. Ambele tipuri de aceste celule prezintă un potențial, o diferențiere și o rată de diviziune celulară similare. În plus, sunt capabili să se agregeze în corpuri embrionare. Există mai multe teste care verifică pluripotența celulelor stem: cea mai cunoscută in vivo este testarea teratomului, bazată pe injecția de celule stem potențial pluripotente în diferite locuri din corpul unui șoarece imunocompromis, urmată de creșterea unei tumori. Când celulele injectate sunt pluripotente, tumora demonstrează caracteristicile unui teratom, adică dezvoltarea celulelor diferențiate a provenit din toate cele trei stări germinale (ectoderm, mesoderm, endoderm). Unul dintre testele alternative este analiza expresiei pluripotenței asociate cu markeri și exploatarea modificărilor epigenetice responsabile de pluripotență. O altă metodă se bazează pe modele spontane de corpuri embrionare in vitro, iar diferențierea directă, de exemplu din celule cardiace izolate, pot fi generate corpuri cardiace care dau naștere la cardiomiocite, celule endoteliale și celule musculare netede. O alternativă la studiul in vivo folosește ouă de pui în care celulele stem sunt transplantate pe membrana corioalantoidă a embrionului de pui și apoi poate apărea o tumoare asemănătoare teratomului. O altă opțiune pentru studierea pluripotenței este analiza in situ, în care celulele stem sunt injectate într-un țesut, cum ar fi pielea, și apoi se observă fie dezvoltarea și diferențierea lor, fie repopularea celulelor lăsate în spatele unei matrice extracelulare de către celulele stem. Multe îmbunătățiri în utilizarea acestor tehnici au fost obținute pentru a rezolva problemele asociate cu obținerea unei linii celulare iPSC, cum ar fi limitarea imunogenității, tumorogenității și creșterea eficienței acestora. O preocupare este că reprogramarea stresurilor ar putea duce la deteriorarea ADN-ului liniilor iPSC, deoarece achiziția unei stări pluripotente pare a fi dificil de controlat, deoarece Ipsc și celulele canceroase au o rată ridicată de proliferare, creștere celulară nemuritoare., Similarități în expresia genelor, instabilitate în starea epigenetică și cromozomială.

Metode de inducere la pluripotență

Toate metodele care conduc la inducerea pluripotenței sunt împărțite în utilizarea vectorilor virali și a non-vectorilor. Lentivirusul și retrovirusul sunt vectori utilizați pentru a crea iPSC-uri din celule adulte umane (într-un sistem retroviral celulele au fost transduse cu factorii Oct4, Sox2, Klf4 și c-Myc, în timp ce într-un lentivirus cu Oct3 / 4, Sox2, Nanog, Lin28) . Inducerea celulelor stem ar putea fi realizată printr-un sistem care utilizează plasmide episomale trimise de virusul Sendai (SeV) neintegrator, unde virusul ARN poate fi ușor îndepărtat cu anticorpi, deși costul acestei metode este mult mai mare decât cel al celuilalt virus metode. Un alt sistem se bazează pe o activitate tranzitorie a unui transpozon, în care factorii de reprogramare sunt clonați într-un transpozon PiggyBac și, în prezența unei transpozaze exprimate tranzitoriu, acest vector poate fi integrat în genomul gazdei și poate fi tăiat.

În metodele de reprogramare non-virală, se utilizează ADN plasmidic care nu se integrează în genom, dar este păstrat în celulă pentru unele cicluri celulare și exprimat tranzitoriu.

O altă metodă de reprogramare utilizează molecule de ARNm sintetizate care codifică factorii Yamanaka, livrați celulelor somatice printr-un vehicul lipidic cationic. ARNm este sintetizat utilizând reacții de transcripție in vitro tratate cu ribonucleotide modificate și fosfatază, iar mediul este suplimentat de un inhibitor de interferon care permite o toxicitate mai mică, dobândind niveluri ridicate de exprimare a proteinelor și îmbunătățind viabilitatea celulară. MiARN-urile joacă, de asemenea, un rol important în reprogramare, prin reglarea epigenetică a remodelării complexelor de cromatină. Unele grupuri de miARN participă la controlul genelor legate de menținerea pluripotenței. S-a demonstrat că MiR93, precum și miRNA-urile din familia miR302, în combinație cu factorii Yamanaka, pot îmbunătăți eficiența reprogramării. Mai mult, mir-200, mir-302 și mir-369 ar putea induce pluripotență în celulele umane. Un cocktail de mir 302-367 reprogramează rapid și eficient celulele somatice în starea pluripotentă a șoarecilor și a oamenilor, fără ajutorul factorilor de reprogramare. Modificarea genetică ar putea fi omisă folosind metode care nu utilizează acizi nucleici, cum ar fi livrarea unei proteine ​​recombinante codificate prin reprogramarea factorilor interni către celule, în locul factorilor înșiși, este o altă metodă promițătoare.

Majoritatea moleculelor mici sunt modulatori epigenetici și afectează metilarea ADN și modificările histonelor din celule. Modelele de metilare ale genelor promotor de pluripotență ar trebui să fie similare cu cele găsite în celulele stem embrionare și există grupuri de compuși care au fost demonstrați sau sunt încă în stadiul experimental care induc pluripotență, cum ar fi 5-azacididină și zebularină. Care sunt analogi de citidină. Printre caracteristicile comune ale celulelor stem embrionare se numără, pe lângă expresia genelor și proteinelor stem, modelul de metilare a cromatinei , timpul de dublare, crearea teratomului , posibilitatea formării himerelor , potența și diferențierea în orice celulă rezultată din 3 foi germinale, deși relația lor cu celulele stem pluripotente naturale nu este încă pe deplin definită. [2]

Istorie

IPSC-urile au fost produse pentru prima dată în 2006 din celule de șoarece, iar în 2007 din celule umane într-o serie de experimente efectuate de echipa profesorului Shinya Yamanaka de la Universitatea Kyoto , Japonia. Această descoperire i-a adus atât Premiul Wolf, cât și Premiul Nobel , ambele pentru medicină. [3] [4] [5] iPSC-urile au fost indicate ca un pas important în cercetarea celulelor stem, deoarece permit cercetătorilor să obțină celule stem pluripotente, importante în cercetare și potențial în terapie, fără a recurge la embrioni controversați . În plus, posibilitatea de a obține celule stem din celulele somatice ale pacientului le face potențial neimogene, deși unii cercetători și-au exprimat îndoielile cu privire la această posibilitate. [6]

În funcție de metoda utilizată, reprogramarea celulelor adulte pentru a obține iPSC poate implica riscuri semnificative care ar putea limita utilizarea lor la om. De exemplu, dacă virusurile sunt utilizate pentru a modifica genetic celula, expresia genelor oncogene ar putea fi potențial crescută. În februarie 2008, un grup de oameni de știință a anunțat descoperirea unei tehnici care ar putea elimina genele oncogene după inducerea pluripotenței, crescând astfel utilizarea potențială terapeutică a iPS. [7] În aprilie 2009 s-a arătat că generarea de celule iPS este posibilă fără nicio modificare genetică a celulei adulte: un tratament repetat al celulelor cu anumite proteine ​​introduse în celulă prin ancore poli-argininice este, de fapt, suficient a induce pluripotență. [8] iPS obținute prin această tehnică sunt denumite piPSC ( celule stem pluripotente induse de proteine ).

Prima generatie

Celulele stem pluripotente induse au fost generate pentru prima dată de echipa Dr. Shinya Yamanaka de la Universitatea Kyoto , Japonia în 2006. Yamanaka a folosit retrovirusuri pentru a transduce fibroblastele de șobolan cu alte gene despre care se crede că sunt asociate cu celulele stem. La un moment dat, au fost izolate patru gene cheie pentru producerea de celule stem pluripotente: 3-oct / 4 , Sox2 , c-Myc și Klf4 . Celulele au fost selectate prin selecția antibioticelor pentru celulele Fbx15 + . Cu toate acestea, această linie iPS a arătat erori în metilarea ADN în comparație cu modelele naturale din linia ESC și producția de himere funcționale a eșuat.

A doua generație

În iunie 2007, același grup a publicat un studiu inovator împreună cu alte două grupuri independente de cercetare de la Harvard , MIT și Universitatea din California din Los Angeles , realizând cu succes reprogramarea fibroblastelor în iPS și, de asemenea, producerea de himere vitale. Aceste linii celulare au fost derivate din fibroblaste de șobolan prin reactivarea retrovirală a acelorași patru factori endogeni, dar de această dată cercetătorii au selectat diferiți markeri. În loc de Fbx15, au folosit Nanog , care este o genă importantă pentru ESC ( celula stem embrionară).

Modelele de metilare a ADN-ului și producerea de himere viabile (contribuind astfel la producerea liniilor germinale ulterioare) indică faptul că Nanog este un factor major în pluripotența celulară. [9] [10] [11] [12]

Din păcate, una dintre cele patru secvențe genetice (c-Myc) necesare pentru inducerea pluripotenței este cancerigenă, iar 20% dintre șobolanii cu implanturi iPS dezvoltă teratoame canceroase. Într-un studiu ulterior, Yamanaka a raportat că IPS poate fi creat și fără c-Myc. Procesul durează mai mult și nu este la fel de eficient ca celălalt, dar himerele rezultate nu dezvoltă cancer. [13]

Producție

O schemă pentru generarea celulelor stem pluripotente induse (iPSC)
(1) Izolați și cultivați celulele donatoare
(2) Transfectați celulele stem asociate la gene din celule prin vectori virali. Celulele roșii indică celulele care exprimă gene exogene
(3) Colectați și cultivați celulele în conformitate cu culturile de celule ES
(4) Un mic subset de celule transfectate devine iPSC și generează colonii asemănătoare ES.

Celulele IPS sunt de obicei derivate prin transfecție (mai corect prin transducție ) de gene particulare asociate cu celule stem, în celule non-pluripotente, cum ar fi fibroblastele adulte. Transducția se realizează în mod normal prin vectori virali, cum ar fi retrovirusurile . Genele transduse includ regulatori de transcripție Oct-3/4 (Pouf51) și Sox2 , deși există indicații că alte gene îmbunătățesc eficiența inducției. După 3/4 de săptămâni, grupuri mici de celule transduse încep să se asemene morfologic și biochimic cu celulele stem pluripotente [14] și sunt de obicei izolate prin selecție morfologică, timpi de diviziune sau de către o genă raportor și selecție cu antibiotice.

Există, de asemenea, alte metode de producere a celulelor stem:

  • Fuziunea unei celule stem embrionare cu o celulă somatică adultă;
  • Introducerea nucleului unei celule somatice diferențiate într-un ovocit enucleat nefertilizat.

Șoareci cu doi tați

Oamenii de știință de reproducere de la Universitatea din Texas, MD Anderson Cancer Center, au creat șoareci cu ADN nuclear (nDNA) de la doar doi tați folosind tehnici iPS. [13] [14] Fibroblastele fetale de la un tată (XY) au fost cultivate și 1% din celulele rezultate au pierdut spontan cromozomul Y; prezentând un set cromozomial similar cu indivizii cu sindromul Turner (X0). [15] Celulele au fost inserate în blastocite feminine (XX) care au fost implantate la mame surogate pentru a forma himere feminine (X0 / XX). Apoi, acești șoareci au fost împerecheați cu șoareci masculi (XY). Unii dintre descendenți au avut ADNc atât de la tatăl original, cât și de la tatăl împerechere, dar nu de la blastocitele femele sau de la mama surogat. Atât șoarecii masculi, cât și femelele cu doi tați s -au reprodus .

Celule stem pluripotente induse

În noiembrie 2007, o presă documentată pe scară largă a fost stabilită în presă [15] prin crearea iPS din celule umane adulte de către două grupuri independente de cercetare - unul în Științe de James Thomson și colegii de la Universitatea din Winsconsin- Madison [16] și a doua pe Cell de Shinya Yamanaka și colegii de la Universitatea din Kyoto , Japonia [17] .

Prin același principiu aplicat șobolanilor, Yamanaka a transformat cu succes fibroblastele umane în celule stem pluripotente folosind aceleași gene: Oct3 / 4, Sox2, Klf4 și c-Myc, prin infecție retrovirală. Thomson și colegii săi au folosit OCT4, SOX2, NANOG și o genă diferită, LIN28, cu un sistem lentiviral. Acest avans poate elimina necesitatea utilizării controversate a celulelor stem embrionare umane (hESC) în cercetarea aplicată.

Cu toate acestea, cercetătorii din acest domeniu sunt de acord în general să continue cercetarea asupra hESC-urilor până când iPSC-urile devin o realitate suficient de răspândită în laboratoarele de cercetare în anii următori.

Aplicații

Cele mai bine caracterizate celule stem pluripotente sunt cele embrionare, dar utilizarea lor implică probleme etice asociate cu manipularea și / sau distrugerea embrionului în faza de preimplantare. Astfel de probleme pot fi evitate prin utilizarea celulelor stem derivate din cele adulte induse de pluripotență. Acest lucru permite aplicarea lor în transplanturi autologe, care reduc riscul de respingere, chiar dacă această tehnologie nu este considerată complet sigură. IPSC sunt, de asemenea, utilizate pentru dezvoltarea de tratamente personalizate pe baza răspunsului lor la tratamentele medicamentoase.

Probleme în utilizarea celulelor iPSC

Factorii transdusi sunt tumorogeni sau pot induce tumori (de exemplu, c-Myc este un oncogen), vectorii retrovirali care se folosesc pot fi inserati aleator si pot activa oncogene. Eficiența procedurii la scară largă este necunoscută.

Notă

  1. ^ Molecule mici selectate ca inductori ai pluripotenței Małgorzata Baranek1 *, Wojciech T. Markiewicz2 și Jan Barciszewski1 Vol. 63, nr. 4/2016 709–716 DOI: 1018388 / abp2016_1363
  2. ^ Kazutoshi Takahashi, Shinya Yamanaka, Inducerea celulelor stem pluripotente de la culturile de fibroblaste embrionare și adulte de șoarece de factori definiți , în Cell , vol. 126, nr. 4, 2006, pp. 663–676, DOI : 10.1016 / j.cell.2006.07.024 . Accesat la 8 octombrie 2012 .
  3. ^ Membru Whitehead, Rudolf Jaenisch, onorat pentru cercetarea inovatoare a celulelor stem , la wi.mit.edu , mit. Adus la 1 ianuarie 2012 (arhivat din original la 10 aprilie 2012) .
  4. ^ PREMIUL FUNDAȚIEI LUPULUI 2011 ÎN MEDICINĂ , pe wolffund.org.il , fundația Wolf. Adus la 1 ianuarie 2012 (arhivat din original la 11 februarie 2012) .
  5. ^ Premiul Nobel pentru medicină 2012 Comunicat de presă , pe nobelprize.org , Fundația Nobel. Accesat la 8 octombrie 2012 .
  6. ^ Tongbiao Zhao, Zhen-Ning Zhang, Zhili Rong, Yang Xu, Imunogenitatea celulelor stem pluripotente induse , în Nature , 2011, DOI : 10.1038 / nature10135 . Accesat la 8 octombrie 2012 .
  7. ^ Karen Kaplan, amenințarea împotriva cancerului eliminată din celulele stem, spun oamenii de știință , Los Angeles Times , 6 martie 2009.
  8. ^ Hongyan Zhou, Shili Wu, Jin Young Joo, Saiyong Zhu, Dong Wook Han, Tongxiang Lin, Generation of Induced Pluripotent Stem Cells Using Proteins Recombinant , în Cell Stem Cell , vol. 4, nr. 5, 2009, pp. 381–384, DOI : 10.1016 / j.stem.2009.04.005 , PMID 19398399 . Accesat la 8 octombrie 2012 .
  9. ^ Kazutoshi Takahashi, Shinya Yamanaka, Inducerea celulelor stem pluripotente din culturile embrionare și de fibroblaste adulte de șoarece de factori definiți , în Cell , vol. 126, nr. 4, 2006, pp. 663–676, DOI : 10.1016 / j.cell . 2006.07.024 , PMID 16904174 . Accesat la 8 octombrie 2012 .
  10. ^ Yamanaka S, et. la. | Generarea de celule stem pluripotente induse competente pentru linia germinativă | Natura 2007; 448: 313-7 | PMID 17554338
  11. ^ K. Okita, T. Ichisaka; S. Yamanaka, Generarea de celule stem pluripotente induse de linia germinativă. , în Nature , vol. 448, nr. 7151, iulie 2007, pp. 313-7, DOI : 10.1038 / nature05934 , PMID 17554338 .
  12. ^ M. Wernig, A. Meissner; R. Foreman; T. Brambrink; M. Ku; K. Hochedlinger; FI. Bernstein; R. Jaenisch, reprogramarea in vitro a fibroblastelor într-o stare pluripotentă asemănătoare celulei ES. , în Nature , vol. 448, nr. 7151, iulie 2007, pp. 318-24, DOI : 10.1038 / nature05944 , PMID 17554336 .
  13. ^ Nikhil Swaminathan, Stem Cells - This Time without the Cancer , Scientific American News , 30 noiembrie 2007. Accesat la 11 decembrie 2007 .
  14. ^ Celulele pluripotente sunt celule stem care se pot diferenția în orice tip de țesut, dar nu pot da naștere unui nou organism
  15. ^ Larg acoperit în presă | Rezultatele căutării cuvintelor cheie Google News pentru Thomson Yamanaka
  16. ^ Thomson JA, Yu J, și colab. | Linii de celule stem pluripotente induse derivate din celule somatice umane Știință DOI: 10.1126 / science.1151526 | PMID 18033853
  17. ^ Yamanaka S și colab. | Inducerea celulelor stem pluripotente de la fibroblaste umane adulte prin factori definiți doi: 10.1016 / j.cell.2007.11.019 | PMID 18035408

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității NDL ( EN , JA ) 01143610
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=induced_pluripotent_staminal_cell&oldid=121327383 ”