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¿Qué son las células madre totipotentes?
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¿Qué son las células madre totipotentes?
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células madre se caracterizan según su grado de potencia , que se refiere a su capacidad variable para diferenciarse en diferentes tipos de células. Las células totipotentes son las más potentes de todas las células madre, y definirlas es importante para la investigación y el campo de la medicina regenerativa.
Definición de células madre totipotentes
Existen dos definiciones de células madre totipotentes, lo que refleja la dificultad técnica inherente que radica en caracterizarlas 1 :
- Una célula totipotente es una sola célula que puede dar lugar a un nuevo organismo, con el apoyo materno adecuado definición más estricta
- Una célula totipotente es aquella que puede dar lugar a todos los tejidos extraembrionarios, además de todos los tejidos del cuerpo y el línea germinal definición menos estricta
La prueba original de totipotencia fue realizada en ratones por Tarkowski 1959 2 , que aisló un solo blastómero células creadas por divisiones de cigoto , que consta de 2 a 16 celdas, lo colocó en un vacío zona pelúcida y monitoreó su desarrollo en crías nacidos vivos.
Este enfoque no es a prueba de balas; el fracaso de blastómeros para apoyar quimera el desarrollo puede indicar limitaciones relacionadas con el embrión reconstruido, en lugar de un potencial de desarrollo restringido de la célula en cuestión.
Es por esta razón que también se usa ampliamente la segunda definición menos estricta de totipotencia.
Tener dos definiciones crea inevitablemente confusión, particularmente porque el término “totipotencia” se usa a menudo de manera inapropiada en la literatura. Se ha argumentado que esto crea controversias éticas innecesarias con implicaciones prácticas y políticas. 3
A veces, el término "totipotente" se otorga a las células si simplemente participan en un proceso embrionario; sin embargo, esto no significa que necesariamente puedan dar lugar a un organismo. Otras causas comunes de clasificación errónea incluyen asumir la expresión de embriones tempranosmarcadores para significar totipotencia, y tomar semejanza parcial o superficial con un embrión como evidencia de totipotencia. 3
Las células madre totipotentes difieren de las células pluripotentes, que pueden diferenciarse en células de cualquiera de las tres capas germinales, y células multipotentes que son menos potentes.
¿Por qué tanto alboroto por las células madre totipotentes?
Las células madre totipotentes son únicas ya que tienen un mayor potencial de desarrollo en comparación con otras células madre. Tener la capacidad de aislar y cultivar células madre totipotentes crea muchas posibilidades terapéuticas y de investigación 1 relacionado con :- Estudio de la activación del genoma cigótico el punto en el que el desarrollo pasa a ser controlado exclusivamente por el genoma cigótico, en lugar del genoma materno 4
- Recableado del epigenoma tratamiento de condiciones patológicas inducidas por alteraciones epigenéticas 5
- Comprender el desarrollo embrionario temprano con más detalle
- Creando humano-animal quimeras 6 en teoría, los animales con órganos humanos podrían ayudar en el modelado de enfermedades, el desarrollo de fármacos y el trasplante 1
Las células madre se utilizan cada vez más como sistemas modelo en la investigación. La diferenciación entre los tipos de células madre se basa en la comprensión de las hojas de ruta embriológicas y los factores que definen sus vías.
Fuente de células madre totipotentes
El diploide cigoto la célula es totipotente. Las células totipotentes también existen en divisiones posteriores del cigoto , antes del auge de linaje del trofectodermo que ocurre aproximadamente cuatro días después de la fertilización, dependiendo de la especie.Para comprender el origen de las células madre totipotentes, es útil estar familiarizado con las primeras etapas del desarrollo embrionario y la terminología relacionada.
La siguiente tabla destaca las etapas importantes del desarrollo embrionario temprano y demuestra el punto definitorio en el que las células madre totipotentes ya no existen y surgen las células pluripotentes.
Principales etapas del desarrollo embrionario temprano
* Para proporcionar una cronología de desarrollo unificada de la embriología de mamíferos, la Carnegie Institution for Science desarrolló un conjunto de 23 etapas conocidas como las "etapas de Carnegie" en las que las etapas se definen por el desarrollo morfológico y no directamente por la edad o el tamaño.
** nota: el número de células en la compactación varía entre las especies de mamíferos
¿Cuándo cambia una célula madre totipotente?
Las células totipotentes dejan de existir en el momento de la formación de la masa celular interna, cuando linaje del trofectodermo se establece. 1 Las células madre totipotentes se dividirán y diferenciarán para dar lugar a células que se convertirán en una de las tres capas germinales :
| celda | potencia | Destino |
| Epiblast | pluripotente | El epiblasto da lugar a las tres capas germinales primarias ectodermo, endodermo, mesodermo que formarán todos linajes somáticos más el línea germinal . |
| hipoblasto | No pluripotente, no totipotente | El hipoblasto da lugar al extraembrionario endodermo primitivo es decir, el saco vitelino que proporciona nutrientes al embrión cuando se ha establecido la circulación placentaria primitiva. |
| trofoblasto | No pluripotente, no totipotente | El trofoblasto da lugar a varias estructuras extraembrionarias que permiten la implantación en la pared uterina, secretan gonadotropina coriónica humana para permitir la secreción de progesterona del cuerpo lúteo , y forman el corion parte fetal de la placenta. |
Quimera : Un organismo compuesto por una mezcla de diferentes poblaciones celulares que derivan de más de una cigoto ya sea de la misma especie o de especies diferentes. Puede estar formado por diferentes procesos, como la mezcla de embriones tempranos o el injerto de tejidos de diferentes etapas de desarrollo.
Cuerpo lúteo : Estructura endocrina que se desarrolla a partir de un folículo ovárico una vez que se ha liberado el ovocito
diploide : Tener dos juegos de cromosomas un total de 46 en humanos, con un miembro de cada par de cromosomas derivado del óvulo y otro del espermatozoide. El óvulo y los espermatozoides son haploides ya que cada uno tiene 23 cromosomas.
linaje de trofectodermo : linaje celular que da lugar al trofoblasto de la placenta y proporciona soporte a la masa celular interna
cigoto : diploide célula que resulta de la fusión de un espermatozoide y un óvulo
A través de este trabajo, generalmente en ratones, los investigadores han encontrado algunas piezas del rompecabezas de la totipotencia. 7 Esto se ha logrado en parte mediante el análisis de la red reguladora de genes que está activa en las primeras etapas de la embriogénesis de mamíferos y la detección de sustancias químicas para determinar su capacidad para modular la expresión de genes de células madre.
Como no es práctico evaluar la totipotencia en las células utilizando el estándar de oro antes mencionado en cada caso transfiriendo un blastómero a un vacío zona pelúcida , transferirlo a una madre y ver si apoya el desarrollo y nacimiento de crías vivas, se han establecido algunas medidas y criterios relevantes.Estos métodos se basan en características específicas de las primeras etapas de desarrollo :
Características de las células madre totipotentes
Se han realizado esfuerzos para establecer métodos para estabilizar o crear células con un potencial de desarrollo ampliado, en relación con las líneas establecidas de células madre embrionarias.A través de este trabajo, generalmente en ratones, los investigadores han encontrado algunas piezas del rompecabezas de la totipotencia. 7 Esto se ha logrado en parte mediante el análisis de la red reguladora de genes que está activa en las primeras etapas de la embriogénesis de mamíferos y la detección de sustancias químicas para determinar su capacidad para modular la expresión de genes de células madre.
Como no es práctico evaluar la totipotencia en las células utilizando el estándar de oro antes mencionado en cada caso transfiriendo un blastómero a un vacío zona pelúcida , transferirlo a una madre y ver si apoya el desarrollo y nacimiento de crías vivas, se han establecido algunas medidas y criterios relevantes.Estos métodos se basan en características específicas de las primeras etapas de desarrollo :
expresión genética
La expresión genética debe ser característica de la etapa apropiada de desarrollo, p. Ej. :- Se han identificado genes específicos para la etapa de dos células en ratones Zscan4, Dux, Eifa, Zfp352, Tcstv1 / 3 y Tpodz1–5 1
- Las células totipotentes deben carecer de los genes clave de pluripotencia Pou5f1, Sox2, y Nanog se han identificado en ratones 8
- 4 de octubre , un factor de transcripción singular, puede ser indicativo de la etapa de desarrollo. 4 de octubre está codificado por POU5F1 y pertenece a una familia de factores de transcripción que activan la expresión de sus genes diana. 4 de octubre se expresa en células germinales, células madre embrionarias y embriones completos, y los niveles de expresión varían drásticamente durante el desarrollo. Un papel clave para 4 de octubre en embriogénesis se ha identificado en varias especies, incluidos los humanos. 9
movilidad de cromatina
La movilidad de la cromatina los complejos de histonas y ADN que se condensan para formar cromosomas es mayor en las células totipotentes que en las pluripotentes, y la dinámica de la cromatina parece ser la base de los cambios en la plasticidad celular. 10
Capacidad de diferenciarse
las células totipotentes deben tener la capacidad de diferenciarse in vitro en células representativas de las tres capas germinales embrionarias, así como el trofectodermo, el endodermo primitivo y sus derivados. 1
Establecimiento de células madre potenciales expandidas
Se ha observado que, si bien algunas células pueden pasar varias pruebas de totipotencia, aquellas que son inducidas "artificialmente" pueden no tener una contraparte de desarrollo normal.
Por lo tanto, se ha acuñado un término para describir las células que retienen características de las células madre totipotentes: células madre potenciales expandidas EPSC.
Se han establecido EPSC en ratones a partir de blastómeros individuales de ocho células y también se han convertido a partir de células madre embrionarias de ratón y células madre pluripotentes inducidas. 11 Este protocolo se ha descrito en detalle 12 y la conversión tarda aproximadamente de 2 a 3 semanas en cada caso.
La caracterización de las células madre totipotentes presenta muchos desafíos, y queda por ver si las células totipotentes inducidas artificialmente podrían mantenerse aisladas.
Sin embargo, dado que otras líneas celulares pueden derivarse de EPSC y el enorme potencial de la medicina regenerativa en biotecnología y medicina, es probable que perfeccionar los criterios de totipotencia siga siendo una alta prioridad para el campo.
Referencias :
Por lo tanto, se ha acuñado un término para describir las células que retienen características de las células madre totipotentes: células madre potenciales expandidas EPSC.
Se han establecido EPSC en ratones a partir de blastómeros individuales de ocho células y también se han convertido a partir de células madre embrionarias de ratón y células madre pluripotentes inducidas. 11 Este protocolo se ha descrito en detalle 12 y la conversión tarda aproximadamente de 2 a 3 semanas en cada caso.
La caracterización de las células madre totipotentes presenta muchos desafíos, y queda por ver si las células totipotentes inducidas artificialmente podrían mantenerse aisladas.
Sin embargo, dado que otras líneas celulares pueden derivarse de EPSC y el enorme potencial de la medicina regenerativa en biotecnología y medicina, es probable que perfeccionar los criterios de totipotencia siga siendo una alta prioridad para el campo.
Referencias :
- Baker, CL, Pera, MF 2018. Captura de células madre totipotentes. Célula madre celular 22: 25-34
- Tarkowski, AJK 1959. Experimentos sobre el desarrollo de blastómeros aislados de huevos de ratón. Naturaleza 184: 1286-1287
- Condic, ML 2014. Totipotencia: qué es y qué no es. Células madre y desarrollo 23 8: 796-812
- Schier, AF 2007. La transición materno-cigótica: muerte y nacimiento de ARN. ciencia 316: 406-407
- Ferrari, A., et al . 2019. Modificadores de epigenoma y recableado metabólico: nuevas fronteras en terapéutica. Farmacología y terapéutica 193: 178-193
- Wu, J., et al . 2016. Células madre y quimeras interespecies. Naturaleza 540: 51-59
- Yang, Y., et al . 2017. Derivación de células madre pluripotentes con potencia embrionaria y extraembrionaria in vivo. celda 169: 243-257
- Sharov, AA, et al . 2008. Identificación de Pou5f1 , Medias 2 y Nanog genes diana aguas abajo con confianza estadística mediante la aplicación de un algoritmo novedoso a los datos de inmunoprecipitación de cromatina y de microarrays de curso temporal en todo el genoma. BMC Genomics 9: 269
- Fogarty, NME et al . 2017. La edición del genoma revela un papel de OCT4 en la embriogénesis humana. Naturaleza 550: 67-73
- Bošković, A., et al . 2014. Una mayor movilidad de la cromatina apoya la totipotencia y precede a la pluripotencia in vivo . Genes y desarrollo 28: 1042-1047
- Yang, J. et al . 2017. Establecimiento de células madre potenciales expandidas de ratón. Naturaleza 550: 393-397
- Yang, J., et al . 2019. in vitro establecimiento de células madre potenciales expandidas de embriones de ratón preimplantados o células madre embrionarias. Protocolos de la naturaleza 14: 350-378
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