Estudio descubre función clave para uniones estrechas en modelos de embrión

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Los investigadores del Centro de Investigación Celular IPS de Gladstone Institutos descubrieron que las conexiones estrictas entre las células juegan un papel importante en la gastrulación en los embriones humanos.El estudio fue publicado en el desarrollo de células.

Estudio descubre función clave para uniones estrechas en modelos de embrión-1

Los investigadores del Centro de Investigación Celular IPS de Gladstone Institutos descubrieron que las conexiones estrictas entre las células juegan un papel importante en la gastrulación en los embriones humanos.El estudio fue publicado en el desarrollo de células.

"Este estudio tiene implicaciones emocionantes para la forma en que diseñamos modelos de gastrulación y otras técnicas de laboratorio para diferenciar las células madre en tipos de células especializadas", dice Shinya Yamanaka, MD, PhD, investigador senior de Gladstone y autor senior del estudio publicado en la revista.Célula de desarrollo."Cuanto mejor entendemos los mecanismos de señalización en los embriones, más fácilmente podremos recapitular estos procesos de manera robusta y reproducible".Los investigadores utilizaron estos hallazgos para crear nuevas estrategias para convertir las células madre en un plato en células de huevo humano, un procedimiento que algún día podría emplearse para la fertilización in vitro.

El descubrimiento en el borde de la gastrulación establece las bases para el desarrollo de todo el cuerpo humano.Los investigadores han descubierto una forma de replicar una versión simplificada de este proceso fundamental en un plato al comenzar con una capa de células madre pluripotentes inducidas, o células IPS, células adultas que han sido reprogramadas para imitar las células madre embrionarias, lo que significa que pueden diferenciarse enCualquier tipo de célula en el cuerpo.

Luego, los científicos agregaron una proteína llamada BMP4, que es una molécula de señalización vital en la gastrulación, lo que hace que las células en el plato comiencen a formar las tres capas de células observadas en un embrión.Sin embargo, si bien todas las células parecen recibir la señal BMP4 idéntica, no ha estado claro por qué algunas células se convierten en un tipo de célula, mientras que otras se transforman en otra."Esta ha sido una especie de cepillador de cabeza en el campo", dice Ivana Vasic, PhD, autora principal del estudio e ex investigador postdoctoral en Gladstone."Todas estas células están interpretando la misma señal de BMP4 de manera diferente, o realmente no están obteniendo la misma señal".

Al crear un modelo de gastrulación en el laboratorio, Vasic observó que las células IPS agrupadas en el plato contienen proteínas que son los bloques de construcción para uniones estrechas, que son barreras entre las células.Pero también se dio cuenta de que las uniones apretadas no siempre se ensamblan.Yamanaka, Vasic y su equipo descubrieron que el crecimiento de las células en un espacio menos confinado permitió que las uniones estrechas se reunieran de manera consistente.Cuando agregaron BMP4 a las células no confinadas, obtuvieron su momento "AHA": solo las células en el borde del grupo recibieron suficiente BMP4 para activar las vías moleculares que las empujarían para convertirse en diferentes tipos de células de capa.

"Las uniones estrechas entre las células adyacentes parecen hacerlas impermeables a las señales de BMP4", dice Vasic."Pero las células de borde no tienen un amigo para formar uniones estrechas en su lado exterior, lo que significa que están obteniendo las señales más fuertes de BMP4".Para confirmar la importancia de las uniones estrechas en la gastrulación, los investigadores utilizaron la tecnología de edición del genoma CRISPR para suprimir la producción de TJP1, una proteína que es crucial para formar uniones estrechas en las células IPS.Cuando aplicaron BMP4 a las células que carecen de la proteína TJP1, cada célula se activó, no solo las células de borde.

"Mostramos que eliminar las uniones estrechas hizo que todas las células respondieran a BMP4", dice Yamanaka, quien también es profesor de anatomía en UC San Francisco, así como el director emérito y profesor en el Centro de Investigación y Aplicación de Celillas IPS (CIRA), Universidad de Kyoto, en Japón."Esto sugiere que las uniones estrechas impiden que las células respondan a las señales en los modelos de gastrulación, y más fundamentalmente, que la estructura de las células es muy importante para cómo reciben señales de diferenciación"."En términos generales, este estudio demuestra cómo las perturbaciones a las propiedades innatas de las células IPS pueden modular su sensibilidad a las señales extracelulares y alterar su trayectoria del destino celular", dice Todd McDevitt, PhD, ex investigador senior de Gladstone y un autor principal del estudio."Este principio podría ser un cambio de juego para desbloquear el potencial de las células IPS para producir poblaciones más homogéneas de células diferenciadas para aplicaciones terapéuticas".

La creación de células de huevo en un plato, el equipo luego observó más de cerca la identidad de las células que BMP4 había activado después de perturbar la formación de la unión estrecha.

"Nos topamos con un hallazgo muy emocionante: resulta que podríamos crear un tipo especial de célula llamada célula primordial similar a una célula germinal", dice Vasic."Estas son células madre producidas en un laboratorio que se parecen a los precursores humanos de los espermatozoides y las células del huevo".Los investigadores han buscado durante mucho tiempo un método confiable para generar células primordiales similares a las células germinales, pero lucharon por producirlas a partir de células IPS.Vasic y sus colegas habían descubierto que suprimir TJP1 podría formar la base de un método novedoso para producir eficientemente estas células únicas.

Ahora, Vasic ha fundado una nueva compañía, Vitra Labs, para aplicar este método en una posible nueva estrategia para tratar la infertilidad de las mujeres."Básicamente estamos tratando de recapitular el proceso biológico de la producción de huevos para que podamos generar huevos que las personas puedan usar para la fertilización in vitro", dice Vasic."Es una especie de cereza además de nuestro estudio".(Y YO)

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