El equipo identifica 14.000 sitios en el genoma de las células madre embrionarias que controlan el desarrollo de todos los órganos embrionarios.
Un estudio innovador, dirigido por el Prof. Yossi Buganim, del Instituto de Investigación Médica de la Facultad de Medicina de la Universidad Hebrea de Jerusalem (HUJI), y el Prof. Tommy Kaplan, de Escuela de Ciencias de la Computación e Ingeniería de HUJI y del Departamento de Biología Computacional, ha descubierto 14.000 sitios únicos en el ADN que juntos forman el plan más elemental para la embriogénesis: la creación de embriones.
Sus hallazgos se publicaron en Nature Communications.
En el año 2006, científicos japoneses insertaron cuatro genes embrionarios en las células de la piel y reprogramaron con éxito esas células para que actuaran como células madre embrionarias. Las células madre embrionarias artificiales hechas de células de la piel son idénticas a las células madre naturales que se desarrollan en las primeras etapas del proceso de desarrollo embrionario y son responsables del desarrollo de todas las células de un feto. Sin embargo, no pueden crear tejidos extraembrionarios, como la placenta.
En el 2015, el profesor Buganim y su equipo fueron los primeros en descubrir cómo crear células madre placentarias artificiales a partir de células de la piel. Este paso permitió a los científicos crear los dos primeros tipos de células madre en el proceso de desarrollo embrionario que ocurre justo después de que los espermatozoides fertilizan un óvulo. En este estudio actual, el equipo de investigación de HUJI, que incluyó a los estudiantes de doctorado Mohammad Jaber, Ahmed Radwan y Netanel Loyfer, examinó de cerca el proceso al que se someten las células de la piel para transformarse en células madre embrionarias o placentarias.
“Analizamos los cambios que experimentan las células de la piel para cambiar su identidad y convertirse en uno de los dos primeros tipos de células madre. Observamos los cambios en la expresión génica de la célula de la piel, en la accesibilidad y la actividad del ADN dentro del núcleo de la célula de la piel cambiante y en los marcadores epigenéticos (es decir, las marcas que decoran el ADN y son responsables de la expresión génica). Todos estos son críticos cuando se trata de convertir una célula de la piel en una célula madre artificial embrionaria o placentaria”, explicó Buganim.
Los investigadores encontraron que los cambios que tienen lugar en las células de la piel para convertirse en células madre artificiales embrionarias o placentarias eran completamente diferentes entre sí en todos los niveles, a pesar del hecho de que ambas comenzaron como células de la piel.
Cuando una célula de la piel se transforma en una célula madre embrionaria artificial, las partes del ADN que son responsables de crear el cerebro, el corazón y el hígado comenzaron a reorganizarse y prepararse para diferenciarse, dada la señal correcta, en células cerebrales, cardíacas o hepáticas. Por otro lado, cuando esas mismas células se estaban transformando en una célula madre placentaria artificial, los sitios de ADN comenzaron a reorganizarse para permitir que la célula cambiante se implantara y atrajera los vasos sanguíneos, un fenómeno que ocurre naturalmente, permitiendo que el embrión se implante en el útero.
El descubrimiento más notable se produjo cuando el equipo comparó los dos procesos uno al lado del otro y observó una molécula química llamada metilo, que interactúa con áreas específicas del ADN y es responsable de silenciar su expresión. “Descubrimos que las células madre placentarias artificiales contenían cerca de 14,000 sitios de ADN con metilo, pero no se veían en ninguna parte en las células madre embrionarias artificiales”, compartió Buganim.
Cuando el equipo de investigación trató de comprender la importancia de esas áreas de ADN, descubrieron que son responsables de crear todos los órganos y células en los embriones en desarrollo, desde el cerebro, el corazón, el hígado y los riñones hasta el esqueleto, la médula espinal y los tejidos conectivos.
En el futuro, este descubrimiento significativo puede ayudar a explicar el sistema de defensa embrionario, que evita que las células placentarias tempranas se conviertan en células embrionarias. “Dado que las células placentarias son susceptibles al daño y la infección, el mecanismo de defensa natural del cuerpo evita que las células placentarias migren al embrión en desarrollo y se adhieran a él para convertirse en parte del embrión”, explicó Buganim. En general, este estudio esclarece las características clave que caracterizan nuestra capacidad para reprogramar las células y proporciona una herramienta poderosa para estudiar la plasticidad celular y las decisiones sobre el destino celular.
CITATION: Jaber, M., Radwan, A., Loyfer, N. et al. Comparative parallel multi-omics analysis during the induction of pluripotent and trophectoderm states. Nat Commun 13, 3475 (2022).
https://doi.org/10.1038/s41467-022-31131-8
FUNDING: European Research Council, Howard Hughes Medical Institute, Israel Science Foundation.
