Cambios epigenéticos impulsados ​​metabólicamente en la reprogramación de iPSC

El objetivo principal de este estudio es determinar el papel de un receptor hormonal nuclear, el receptor alfa relacionado con el estrógeno (ERRα), en la mediación de los cambios metabólicos y epigenéticos necesarios durante la reprogramación temprana de las células humanas. Nuestros hallazgos recientes han demostrado que en ratones, su homólogo ERRγ, es esencial para mediar en la reprogramación. El análisis de expresión genética realizado en células de fibroblastos humanos indicó que en las células humanas, es ERRα en lugar de ERRγ lo que es crítico para el inicio de la reprogramación. Por lo tanto, propusimos aislar específicamente las células que expresan transitoriamente ERR (tERRα) en la reprogramación temprana y examinar sus propiedades en detalle. El primer paso para lograr nuestros objetivos es superar la dificultad de identificar y aislar cantidades suficientes de células tERRα para los experimentos propuestos. Para ello, primero diseñamos y probamos varias formas de aislar estas células utilizando diferentes sistemas informadores. Identificamos secuencias en la región promotora de ERRα humana que nos permitieron detectar la actividad de ERRα in vivo. Después de la optimización de nuestro sistema informador, confirmamos que solo un pequeño porcentaje de células de reprogramación (en este caso fibroblastos humanos) exhiben una alta expresión de ERRα. Esta pequeña subpoblación de células exhibe un nivel detectablemente más alto de ERRα y sus objetivos posteriores, muchos de los cuales son enzimas metabólicas clave, que la población restante. Esto demuestra que hemos optimizado un sistema de reprogramación eficiente que permitirá el aislamiento a gran escala de células tERRα para nuestros estudios propuestos de todo el genoma. Nuestros próximos pasos serán centrarnos en la caracterización de estas células tERRα. Realizaremos RNA-Seq en el tiempo en células tERRα y sus contrapartes, para determinar las firmas de expresión génica de estas células. También examinaremos si estas células tienen una mayor eficiencia de reprogramación en comparación con el resto de células. Además, determinaremos el panorama epigenómico de estas células realizando inmunoprecipitación de cromatina con secuenciación masiva de ADN paralela (ChIP-Seq) en células tERRα aisladas y compararemos esto con el resto de la población en reprogramación. Esto debería proporcionar información valiosa sobre el papel de ERRα en la regulación de los cambios metabólicos y epigenéticos necesarios para la reprogramación de las células humanas.

El objetivo principal de este estudio es determinar el papel de ERRα en la mediación del cambio metabólico y los cambios epigenéticos durante la reprogramación temprana de células humanas. En el fibroblasto humano, es ERRα en lugar de ERRγ lo que es fundamental para el inicio de la reprogramación. Por lo tanto, propusimos aislar específicamente las células que expresan transitoriamente ERRα (tERRα) en la reprogramación temprana y examinar sus propiedades en detalle. Para caracterizar sistemáticamente las células tERRα, diseñamos y probamos varias formas de aislar estas células a través de diferentes reporteros. Descubrimos que la secuencia de 1 kb inmediatamente aguas arriba del sitio de inicio de la transcripción de ERRα humano es suficiente para recapitular la actividad de ERRα. Como se esperaba, sólo un pequeño porcentaje de células de reprogramación (fibroblastos IMR90 humanos) exhiben una alta expresión de ERRα. Estas células expresan ERRα y sus objetivos posteriores, muchos de los cuales son enzimas metabólicas clave, en un nivel más alto en comparación con la población baja de ERRα. Esto demuestra que hemos optimizado un sistema de reprogramación eficiente para permitir el aislamiento a gran escala para estudios de todo el genoma. Al utilizar RNA-Seq resuelto en el tiempo en células tERRα y sus contrapartes, caracterizamos con éxito la dinámica transcriptómica de todo el genoma en células tERRα. Confirmando nuestra hipótesis, encontramos que estas células están experimentando una dramática transición de mesenquimatoso a epitelial y exhiben un perfil metabólico único. Además, hemos trazado el panorama de promotores y potenciadores investigando los cambios dinámicos en H3K4me2 (una marca de histona de transición clave) en células tERRα en comparación con las células de control. Identificamos cambios significativos en los niveles de H3K4me2 en genes implicados en el desarrollo, incluidos varios genes clave de reprogramación, lo que sugiere que las células tERRα están experimentando una reprogramación epigenética extensa. El análisis de motivos revela un enriquecimiento de los sitios de unión óptimos para ERRα, así como otros factores de pluripotencia, en picos de H3K4me2 regulados positivamente, lo que sugiere el papel directo de ERRα en la mediación de los cambios epigenéticos. Continuaremos investigando la dinámica de los cambios de metabolitos en las células tERRα. También se realizarán ensayos adicionales de todo el genoma para investigar otros cambios en marcadores epigenéticos en las células tERRα. Esto debería proporcionar información valiosa sobre el papel de ERRα en la regulación de los cambios metabólicos y epigenéticos necesarios para la reprogramación de las células humanas.