Al dividirse asimétricamente, las células madre mantienen su número y generan células hijas diferenciadas. En este trabajo, nuestro objetivo es responder preguntas fundamentales sobre la regulación y los mecanismos de la división asimétrica de las células madre. Abordamos en particular cómo la división asimétrica de las células madre se ve influenciada por señales externas, como las proporcionadas por los nichos de las células madre. Utilizando la exposición asimétrica de células madre individuales a una proteína Wnt, hemos descubierto que la señal Wnt gobierna simultáneamente tanto el destino de las células madre como la orientación de la división. Ahora estamos ampliando este trabajo para incluir células madre humanas, de origen epidérmico y células madre embrionarias. Hemos diseñado experimentos para dilucidar el mecanismo de división asimétrica de células madre.
Período de información:
Los estudiantes de Year 2
En este proyecto de investigación, abordamos una cuestión importante en la biología de las células madre: la capacidad de las células madre para dividirse asimétricamente. En particular, estamos interesados en probar si la división asimétrica puede controlarse mediante señales externas, como las proporcionadas por los nichos de células madre. En trabajos anteriores, descubrimos que una única señal externa, Wnt, cuando se aplica localmente a las células madre, puede controlar el destino de las células madre y la orientación de la división celular simultáneamente. Durante la división, esta señal externa mantiene el destino de las células madre en la célula hija que permanece en contacto con la señal. Al mismo tiempo, la señal determina la polaridad de la división celular. En la subvención, nuestro objetivo es comprender a nivel mecanicista cómo las células madre se dividen asimétricamente y cómo la proteína Wnt actúa como una señal externa. Abordamos esta cuestión mediante una combinación de nuevas metodologías. Inmovilizamos el factor de autorrenovación Wnt en pequeñas cuentas, generando una fuente de señal localizada y visualmente rastreable. Además, examinamos células madre vivas individuales en cultivo. Utilizando reporteros basados en fluorescencia, seguimos las células madre individuales mediante microscopía de lapso de tiempo, a medida que las células se dividen. Mediante el enfoque unicelular, nuestro objetivo es obtener una vista detallada de la partición de los componentes de señalización Wnt, las proteínas centrosomales y los factores de transcripción. Al interferir con la expresión de genes reguladores y componentes de señalización Wnt, nuestro objetivo es definir la vía de señalización que opera en la división asimétrica de células madre controlada por Wnt. Durante el año pasado, logramos avances en varios sentidos. Desarrollamos un nuevo método de inmovilización para acoplar la señal Wnt a una fuente local. Este método también podría aplicarse a otras señales para explorar cómo afectarían las divisiones de las células madre. Este es un ejemplo de bioingeniería, que desarrolla tecnología basada en moléculas bioactivas que influyen en el comportamiento de las células madre. También iniciamos una evaluación de todo el genoma para identificar genes implicados en la señalización Wnt. Esta prueba se basa en el novedoso método CRISPR para mutar genes a voluntad en las células, incluidas las células humanas. Estos reactivos y genes deberían facilitar la investigación con células madre en la comunidad en general.
Período de información:
Los estudiantes de Year 3
En este proyecto de investigación, abordamos la capacidad de las células madre para dividirse asimétricamente, una cuestión importante en la biología de las células madre. Nos centramos en probar si la división asimétrica puede controlarse mediante señales externas, como las proporcionadas por los nichos de células madre. En trabajos anteriores, descubrimos que las señales Wnt, cuando se aplican localmente a las células madre, pueden controlar el destino de las células madre y la orientación de la división celular simultáneamente. Durante la división, esta señal externa mantiene el destino de las células madre en la célula hija que permanece en contacto con la señal. Al mismo tiempo, la señal determina la polaridad de la división celular. En la subvención, nuestro objetivo es comprender a nivel mecanicista cómo las células madre se dividen asimétricamente y cómo la proteína Wnt actúa como una señal externa. Abordamos esta cuestión mediante una combinación de nuevas metodologías. Inmovilizamos el factor de autorrenovación Wnt en pequeñas cuentas, generando una fuente de señal localizada y visualmente rastreable. Además, examinamos células madre vivas individuales en cultivo. Utilizando reporteros basados en fluorescencia, seguimos las células madre individuales mediante microscopía de lapso de tiempo, a medida que las células se dividen. Mediante el enfoque unicelular, nuestro objetivo es obtener una vista detallada de la partición de los componentes de señalización Wnt, las proteínas centrosomales y los factores de transcripción. Al interferir con la expresión de genes reguladores y componentes de señalización Wnt, nuestro objetivo es definir la vía de señalización que opera en la división asimétrica de células madre controlada por Wnt. Durante el año pasado, logramos avances en varios sentidos. descubrió que las células madre embrionarias humanas pueden dividirse asimétricamente cuando se activan mediante señales Wnt. También establecimos una línea de células madre embrionarias humanas que se pueden cultivar como células individuales, una herramienta esencial para estudiar varias propiedades biológicas de las células madre.
Período de información:
Año 4/NCE
Hemos abordado la capacidad de las células madre para dividirse asimétricamente. Nos hemos centrado en probar si la división asimétrica puede controlarse mediante señales externas, como las proporcionadas por los nichos de células madre. En trabajos anteriores, descubrimos que las señales Wnt, cuando se aplican localmente a las células madre, pueden controlar el destino de las células madre y la orientación de la división celular simultáneamente. Durante la división, esta señal externa mantiene el destino de las células madre en la célula hija que permanece en contacto con la señal. Al mismo tiempo, la señal determina la polaridad de la división celular. En la subvención, nuestro objetivo era comprender a nivel mecanicista cómo las células madre se dividen asimétricamente y cómo la proteína Wnt actúa como una señal externa. Abordamos esta cuestión mediante una combinación de nuevas metodologías. Inmovilizamos el factor de autorrenovación Wnt en pequeñas cuentas, generando una fuente de señal localizada y visualmente rastreable. Además, examinamos células madre vivas individuales en cultivo. Utilizando reporteros basados en fluorescencia, seguimos las células madre individuales mediante microscopía de lapso de tiempo, a medida que las células se dividen. Mediante el enfoque unicelular, nuestro objetivo fue obtener una vista detallada de la partición de los componentes de señalización Wnt, las proteínas centrosomales y los factores de transcripción. Al interferir con la expresión de genes reguladores y componentes de señalización Wnt, nuestro objetivo fue definir la vía de señalización que opera en una división asimétrica de células madre controlada por Wnt. Durante el año pasado, logramos avances en varios sentidos. Descubrimos que las células madre embrionarias humanas pueden dividirse asimétricamente cuando se activan mediante señales Wnt. También establecimos una línea de células madre embrionarias humanas que se pueden cultivar como células individuales, una herramienta esencial para estudiar varias propiedades biológicas de las células madre. Al cierre de este proyecto, hemos avanzado en la comprensión de cómo se comportan estas importantes células madre y hemos generado nuevos reactivos y materiales para su posterior estudio.
Detalles de la solicitud de subvención
Titulo de la aplicación:
División asimétrica de células madre orientada por una señal local de autorrenovación
Resumen público:
Cuando las células madre se dividen, las dos células hijas tienen una opción. Comúnmente, una de las células hijas se convierte en una nueva célula madre mientras que la otra será más especializada (o diferenciada). Esta propiedad (la capacidad de generar más células madre (autorrenovación) mientras se producen células diferenciadas simultáneamente) define una célula madre. Las células madre tienen la capacidad única de dividirse asimétricamente, pero no se comprende bien cómo sucede esto. Además, hay poco conocimiento sobre los mecanismos mediante los cuales las señales externas controlan la división asimétrica de las células madre. En los tejidos, también es fundamental que la orientación de la división de las células madre esté adecuadamente regulada. En el nivel más fundamental, la asimetría y la orientación de la división celular están en el corazón de la biología de las células madre.
Hemos descubierto que podemos ordenar a las células madre que se dividan de forma asimétrica aplicando una molécula de señalización externa (llamada Wnt) a las células madre de forma espacialmente controlada. Descubrimos que la célula hija proximal se convertirá en otra célula madre mientras la célula distal se diferencia. Proponemos examinar la organización de las células madre humanas a medida que se dividen asimétricamente. Utilizando microscopía de imágenes en vivo y otras herramientas, pretendemos seguir cómo los determinantes críticos se segregan en las dos células hijas. Esperamos que los nuevos conocimientos mecanicistas sobre la división asimétrica de células madre conduzcan en última instancia a una mejor comprensión del posible uso de células madre para terapia.
Declaración de beneficio para California:
Esta propuesta de investigación tiene como objetivo comprender las divisiones asimétricas de las células madre, una propiedad biológica fundamental. Inicialmente, la investigación aumentará nuestros conocimientos sobre la biología básica de las células madre. Sin embargo, a largo plazo, este trabajo también conducirá a mejores métodos para manipular células madre con fines terapéuticos, ya que será esencial comprender las formas en que las células madre se dividen y diferencian. Nuestro trabajo también conducirá a avances tecnológicos que serán de utilidad para los investigadores de células madre y las aplicaciones basadas en células madre. De hecho, ya hemos logrado varios avances en el diseño de métodos para dirigir el crecimiento de células madre, incluido el uso de nichos artificiales y el uso de factores de crecimiento específicos que influyen en las células madre.
