Generando líneas celulares pluripotentes a partir de neuronas.

El objetivo de nuestra investigación es generar líneas celulares a partir de neuronas con el objetivo a largo plazo de comprender cómo generar los mejores modelos posibles derivados de células madre para enfermedades neurológicas humanas como las enfermedades de Alzheimer, Parkinson y Huntington. Estos estudios también podrían revelar mecanismos básicos de la enfermedad que podrían inspirar nuevos esfuerzos de desarrollo de fármacos. Para lograrlo, propusimos utilizar dos métodos de vanguardia en biología de células madre: la clonación y la reprogramación directa (generación de células madre pluripotentes inducidas con factores de reprogramación). En aquel momento, los métodos de reprogramación directa estaban en sus inicios y no era posible generar ratones enteramente a partir de estas células. Debido a que es probable que la reprogramación de neuronas sea ineficiente y difícil, propusimos generar ratones completos derivados de células reprogramadas. Todos los tipos de células, incluidas las neuronas de estos ratones, portarían genes especiales que nos permitirían convertir sus neuronas en líneas de células madre. Hemos generado con éxito estos ratones y, al hacerlo, nos convertimos en los primeros en demostrar que se pueden generar ratones adultos fértiles a partir de células de la piel utilizando células madre pluripotentes inducidas. Este resultado ayuda a validar la utilidad de las células madre y las células madre pluripotentes inducidas y representa el logro de un hito crítico en el cronograma de nuestro proyecto. Los esfuerzos actuales utilizarán estos ratones como un recurso único para lograr el objetivo de la aplicación.

El objetivo de esta subvención es generar líneas celulares a partir de neuronas de ratón para aprender a producir los mejores modelos posibles de enfermedades neurológicas. Las neuronas no se dividen y las neuronas de los adultos no se pueden cultivar en un plato, por lo que se sabe muy poco sobre los genomas de las neuronas. Hemos desarrollado métodos de reprogramación para generar líneas celulares a partir de neuronas y hemos establecido métodos para realizar la secuenciación del genoma completo de líneas celulares pluripotentes que establecen si las mutaciones derivan de células donantes o surgieron durante la reprogramación. Combinando estos métodos podremos estudiar los genomas de las neuronas y determinar si es importante utilizar neuronas como fuente para generar líneas celulares para modelar enfermedades.

El objetivo de esta subvención es generar líneas de células madre a partir de neuronas. Esto es importante porque las neuronas se ven afectadas en muchas enfermedades, pero no se pueden convertir en líneas celulares en división utilizando métodos estándar y, por lo tanto, es difícil estudiar las enfermedades neurológicas humanas. Un segundo objetivo es utilizar líneas celulares derivadas de neuronas para determinar si las neuronas albergan mutaciones genómicas o marcas de ADN estables que son relevantes para el desarrollo del cerebro y/o las enfermedades neurológicas humanas. Hemos generado con éxito las primeras líneas celulares pluripotentes de ratón que se derivan de neuronas corticales adultas y estamos en el proceso de utilizar la secuenciación del genoma completo para identificar cualquier marca de ADN estable que sea exclusiva de las neuronas. Los resultados de esta investigación ayudarán a establecer los mejores métodos para modelar enfermedades neurológicas humanas utilizando tecnologías de células madre y establecer el alcance y la identidad de los cambios estables del ADN en las neuronas corticales.

Un objetivo importante de la medicina regenerativa es generar modelos in vitro y fuentes de reemplazo celular para enfermedades del cerebro y del sistema nervioso. Estas enfermedades han sido particularmente difíciles de estudiar porque no ha sido posible cultivar y propagar neuronas humanas a partir de individuos afectados. Durante los cinco años de duración de esta subvención, han surgido muchos descubrimientos innovadores que permitirán a los investigadores generar neuronas humanas in vitro para una amplia variedad de individuos que difieren en su estado patológico o propensión genética a padecer enfermedades. Si bien ésta es claramente una perspectiva interesante, todavía no comprendemos dos características clave de las neuronas. En primer lugar, no se sabe por qué no se puede inducir a las neuronas a dividirse in vitro. En segundo lugar, nunca se han secuenciado los genomas neuronales para determinar si mantienen su integridad durante la vida del organismo. Aquí propusimos probar si los genomas neuronales se mantienen de manera similar a otros tipos de células mediante el uso de transferencia nuclear de células somáticas para producir clones de ratones y clones de líneas de células ES de neuronas postmitóticas adultas. Lo logramos y ahora hemos demostrado que los genomas de la mayoría de las neuronas corticales mitóticas adultas pueden producir ratones fértiles y viables. Además, realizamos la secuenciación del genoma de alta resolución de las líneas celulares derivadas de estas neuronas. Sorprendentemente, estos estudios demostraron que cada una de las tres neuronas tomadas del mismo organismo adulto difiere de sus vecinas en aproximadamente 80 ubicaciones. Estos datos sugieren que será importante continuar estos estudios en neuronas humanas para garantizar que estamos desarrollando los modelos más eficaces de enfermedades humanas en un plato.