La promesa terapéutica de la biología de células madre radica en su potencial para terapias de reemplazo celular en enfermedades en las que un tipo de célula esencial del paciente no funciona correctamente o se degenera. Esto es especialmente evidente en las enfermedades del sistema nervioso, en las que las células pierden en gran medida su capacidad de proliferar y, por tanto, de regenerarse tras la diferenciación embrionaria. Los trastornos neurodegenerativos devastadores, como la esclerosis lateral amiotrófica (ELA) y la atrofia muscular espinal (AME), se caracterizan por una parálisis progresiva causada por la muerte de la neurona motora y actualmente no tienen cura. Las estrategias para reemplazar tipos de células neuronales específicas con células derivadas de células madre embrionarias humanas (hES) requerirán comprender los programas genéticos que controlan la diferenciación de las células hES. Estas células pluripotentes que se dividen rápidamente experimentan una transición importante en la expresión genética para convertirse en células progenitoras neuronales (NPC), mientras mantienen su capacidad proliferativa. Otro cambio drástico en el programa de expresión genética se produce cuando las células NP se diferencian en neuronas, donde se detiene la división celular. Una gran cantidad de trabajo ha descrito los cambios a nivel de ADN que controlan la expresión genética en las células ES y durante su transición a NPC y neuronas. Sin embargo, la producción de un producto proteico a partir de un gen se controla en cada paso de la vía de expresión génica donde el gen de ADN se transcribe primero a ARN y luego el ARN se traduce a proteína. Un importante paso regulador a nivel de ARN en esta vía es el procesamiento de la transcripción de ARN primario del gen en un ARNm que puede traducirse en proteína. Una parte de este procesamiento es la reacción de empalme del pre-ARNm, donde los patrones de empalme alternativos en el pre-ARNm determinan la estructura del producto proteico final de la mayoría de los genes humanos. Poco se sabe sobre cómo se regula este paso en la vía de expresión génica en las células ES o durante su diferenciación. Sin embargo, tanto la ELA como la AME pueden ser causadas por la pérdida de componentes de la maquinaria de empalme y una gran cantidad de trabajo está examinando cómo el empalme podría alterarse en neuronas maduras de pacientes con ELA y AME. En este estudio, estamos examinando cómo dos importantes reguladores de empalme, la proteína de unión al tracto de polipirimidina (PTB) y su homólogo neuronal nPTB, afectan el empalme en células ES y NP normales. Estamos caracterizando los programas de regulación controlados por estas proteínas. En el último período de financiación adaptamos y aplicamos dos nuevos métodos de análisis de ARN de todo el genoma. El primero utiliza nuevas tecnologías de secuenciación de ARN de alta densidad (RNAseq) para examinar el transcriptoma completo de cada célula en estudio. A partir de estos datos, podemos extraer información sobre todos los cambios de empalme que ocurren durante una transición del desarrollo. El segundo método llamado CLIP examina los sitios de unión del ARN por parte de PTB y nPTB en el ARN de cada tipo de célula. Estos métodos ahora están listos para aplicarse a ESC, NPC y neuronas motoras que hemos derivado en cultivo. A partir de este trabajo, avanzaremos en nuestra comprensión de cómo las células ES se diferencian en neuronas y cómo el empalme de pre-ARNm controla la función celular en el desarrollo normal y en la enfermedad.
Período de información:
Los estudiantes de Year 2
La promesa terapéutica de la biología de células madre radica en su potencial para terapias de reemplazo celular en enfermedades en las que un tipo de célula esencial del paciente no funciona correctamente o se degenera. Esto es especialmente evidente en las enfermedades del sistema nervioso, en las que las células pierden en gran medida su capacidad de proliferar y, por tanto, de regenerarse tras la diferenciación embrionaria. Los trastornos neurodegenerativos devastadores, como la esclerosis lateral amiotrófica (ELA) y la atrofia muscular espinal (AME), se caracterizan por una parálisis progresiva causada por la muerte de la neurona motora y actualmente no tienen cura. Las estrategias para reemplazar tipos de células neuronales específicas con células derivadas de células madre embrionarias humanas (hES) requerirán comprender los programas genéticos que controlan la diferenciación de las células hES. Estas células pluripotentes que se dividen rápidamente experimentan una transición importante en la expresión genética para convertirse en células progenitoras neuronales (NPC), mientras mantienen su capacidad proliferativa. Otro cambio drástico en el programa de expresión genética se produce cuando las células NP se diferencian en neuronas, donde se detiene la división celular. Una gran cantidad de trabajo ha descrito los cambios a nivel de ADN que controlan la expresión genética en las células ES y durante su transición a NPC y neuronas. Sin embargo, la producción de un producto proteico a partir de un gen se controla en cada paso de la vía de expresión génica donde el gen de ADN se transcribe primero a ARN y luego el ARN se traduce a proteína. Un importante paso regulador a nivel de ARN en esta vía es el procesamiento de la transcripción de ARN primario del gen en un ARNm que puede traducirse en proteína. Una parte de este procesamiento es la reacción de empalme del pre-ARNm, donde los patrones de empalme alternativos en el pre-ARNm determinan la estructura del producto proteico final de la mayoría de los genes humanos. Poco se sabe sobre cómo se regula este paso en la vía de expresión génica en las células ES o durante su diferenciación. Sin embargo, tanto la ELA como la AME pueden ser causadas por la pérdida de componentes de la maquinaria de empalme y una gran cantidad de trabajo está examinando cómo el empalme podría alterarse en neuronas maduras de pacientes con ELA y AME. En este estudio, estamos examinando cómo dos importantes reguladores de empalme, la proteína de unión al tracto de polipirimidina (PTB) y su homólogo neuronal nPTB, afectan el empalme en células ES y NP normales. Estamos caracterizando los programas de regulación controlados por estas proteínas. En los dos últimos períodos de financiación, adaptamos y aplicamos dos nuevos métodos de análisis de ARN de todo el genoma. El primero utiliza nuevas tecnologías de secuenciación de ARN de alta densidad (RNAseq) para examinar el transcriptoma completo de cada célula en estudio. A partir de estos datos, hemos extraído información sobre todos los cambios de empalme que ocurren durante una transición de desarrollo. El segundo método llamado CLIP identifica los sitios de unión del ARN por PTB y nPTB en el ARN de cada tipo de célula. Estos métodos se han aplicado a hESC, NPC y neuronas motoras que hemos obtenido en cultivo. A partir de este trabajo, aprendemos nuevos eventos que determinan cómo las células ES se diferencian en neuronas y cómo el empalme de pre-ARNm controla la función celular en el desarrollo normal y en la enfermedad.
Período de información:
Los estudiantes de Year 3
La promesa terapéutica de la biología de las células madre radica en su potencial para terapias de reemplazo celular en enfermedades en las que se ha perdido un tipo de célula o una función celular en particular. Por ejemplo, los devastadores trastornos neurodegenerativos, la esclerosis lateral amiotrófica (ELA) y la atrofia muscular espinal (AME), se caracterizan por una pérdida progresiva de las neuronas motoras y la consiguiente parálisis. El reemplazo celular en enfermedades del sistema nervioso plantea desafíos especiales porque muchas neuronas pierden su capacidad de proliferar y, por tanto, regenerarse después de la diferenciación embrionaria. Las estrategias para reemplazar tipos de células neuronales específicas con células derivadas de células madre embrionarias humanas (hES) requerirán comprender los programas genéticos que controlan la diferenciación de las células hES. Estas células pluripotentes que se dividen rápidamente experimentan una transición importante en la expresión genética para convertirse en células progenitoras neuronales (NPC), mientras mantienen su capacidad proliferativa. Un segundo cambio dramático en el programa de expresión genética ocurre cuando estas células progenitoras cesan la división celular y se diferencian en neuronas. Una gran cantidad de trabajos han descrito los cambios a nivel de ADN que afectan la expresión genética en las células ES y durante su transición a NPC y neuronas. Sin embargo, la vía de expresión génica también está altamente regulada a nivel de ARN, ya que el gen de ADN se transcribe en ARN y luego el ARN se traduce en proteína. Un paso regulador importante en esta vía es el procesamiento del transcrito de ARN primario del gen en un ARNm que puede traducirse en proteína. Este procesamiento incluye el empalme del pre-ARNm, y los patrones de empalme alternativos en el pre-ARNm determinan la producción final de proteínas de la mayoría de los genes humanos. Poco se sabe sobre cómo se regula este paso en la vía de expresión génica en las células ES o durante su diferenciación. Sin embargo, tanto la ELA como la AME pueden ser causadas por la pérdida de componentes de la maquinaria de empalme y una gran cantidad de trabajo está examinando cómo el empalme podría alterarse en neuronas maduras de pacientes con ELA y AME. En este estudio, hemos examinado cómo dos importantes reguladores de empalme, la proteína de unión al tracto de polipirimidina (PTBP1) y su homólogo neuronal PTBP2, afectan el empalme en células ES y NP normales, y hemos caracterizado sus redes reguladoras. Adaptamos y aplicamos dos nuevas tecnologías para el análisis de ARN. El primero utilizó secuenciación de ARN de alta densidad (RNAseq) para examinar el transcriptoma completo de cada célula en estudio. A partir de estos datos, extrajimos información sobre todos los cambios de empalme que ocurren durante una transición de desarrollo. El segundo método llamado CLIP identifica los sitios de unión de PTBP1 y PTBP2 en el ARN de cada tipo de célula. Estos métodos se aplicaron a hESC, NPC y neuronas motoras que hemos obtenido en cultivo. A partir de este trabajo, identificamos muchos eventos genéticos nuevos que determinan cómo las células ES se diferencian en neuronas. Estos eventos de empalme alternativos controlados por las proteínas PTB afectan numerosas funciones esenciales para el desarrollo y la supervivencia de las neuronas. Ahora estamos examinando varios de los nuevos eventos reguladores genéticos con más detalle para entender cómo el empalme de pre-ARNm controla la función celular en el desarrollo normal y en la enfermedad.
Período de información:
NCE
La promesa terapéutica de la biología de las células madre radica en su potencial para terapias de reemplazo celular en enfermedades en las que se ha perdido un tipo de célula o una función celular en particular. Por ejemplo, los devastadores trastornos neurodegenerativos, la esclerosis lateral amiotrófica (ELA) y la atrofia muscular espinal (AME), se caracterizan por una pérdida progresiva de las neuronas motoras y la consiguiente parálisis. El reemplazo celular en enfermedades del sistema nervioso plantea desafíos especiales porque muchas neuronas pierden su capacidad de proliferar y, por tanto, regenerarse después de la diferenciación embrionaria. Las estrategias para reemplazar tipos de células neuronales específicas con células derivadas de células madre embrionarias humanas (hES) requerirán comprender los programas genéticos que controlan la diferenciación de las células hES. Estas células pluripotentes que se dividen rápidamente experimentan una transición importante en la expresión genética para convertirse en células progenitoras neuronales (NPC), mientras mantienen su capacidad proliferativa. Un segundo cambio dramático en el programa de expresión genética ocurre cuando estas células progenitoras cesan la división celular y se diferencian en neuronas. Una gran cantidad de trabajos han descrito los cambios a nivel de ADN que afectan la expresión genética en las células ES y durante su transición a NPC y neuronas. Sin embargo, la vía de expresión génica también está altamente regulada a nivel de ARN, ya que el gen de ADN se transcribe en ARN y luego el ARN se traduce en proteína. Un paso regulador importante en esta vía es el procesamiento del transcrito de ARN primario del gen en un ARNm que puede traducirse en proteína. Este procesamiento incluye el empalme del pre-ARNm, y los patrones de empalme alternativos en el pre-ARNm determinan la producción final de proteínas de la mayoría de los genes humanos. Poco se sabe sobre cómo se regula este paso en la vía de expresión génica en las células ES o durante su diferenciación. Sin embargo, tanto la ELA como la AME pueden ser causadas por la pérdida de componentes de la maquinaria de empalme y una gran cantidad de trabajo está examinando cómo el empalme podría alterarse en neuronas maduras de pacientes con ELA y AME. En este estudio, hemos examinado cómo dos importantes reguladores de empalme, la proteína de unión al tracto de polipirimidina (PTBP1) y su homólogo neuronal PTBP2, afectan el empalme en células ES y NP normales, y hemos caracterizado sus redes reguladoras. Adaptamos y aplicamos dos nuevas tecnologías para el análisis de ARN. El primero utilizó secuenciación de ARN de alta densidad (RNAseq) para examinar el transcriptoma completo de cada célula en estudio. A partir de estos datos, extrajimos información sobre todos los cambios de empalme que ocurren durante una transición de desarrollo. El segundo método llamado CLIP identifica los sitios de unión de PTBP1 y PTBP2 en el ARN de cada tipo de célula. Estos métodos se aplicaron a hESC, NPC y neuronas motoras que hemos obtenido en cultivo. A partir de este trabajo, identificamos muchos eventos genéticos nuevos que determinan cómo las células ES se diferencian en neuronas. Estos eventos de empalme alternativos controlados por las proteínas PTB afectan numerosas funciones esenciales para el desarrollo y la supervivencia de las neuronas. Ahora estamos examinando varios de los nuevos eventos reguladores genéticos con más detalle para entender cómo el empalme de pre-ARNm controla la función celular en el desarrollo normal y en la enfermedad.
Detalles de la solicitud de subvención
Titulo de la aplicación:
Programas de regulación de empalme alternativo mediante proteína de unión al tracto de polipirimidina.
Resumen público:
La promesa terapéutica de la biología de células madre radica en su potencial para terapias de reemplazo celular en enfermedades en las que un tipo de célula esencial del paciente no funciona correctamente o se degenera. Esto es especialmente evidente en las enfermedades del sistema nervioso, en las que las células pierden en gran medida su capacidad de proliferar y, por tanto, de regenerarse tras la diferenciación embrionaria. Los trastornos neurodegenerativos devastadores, como la esclerosis lateral amiotrófica (ELA) y la atrofia muscular espinal (AME), se caracterizan por una parálisis progresiva causada por la muerte de la neurona motora y actualmente no tienen cura. Las estrategias para reemplazar tipos de células neuronales específicas con células derivadas de células madre embrionarias humanas (hES) requerirán comprender los programas genéticos que controlan la diferenciación de las células hES. Estas células pluripotentes que se dividen rápidamente experimentan una transición importante en la expresión genética para convertirse en células progenitoras neuronales (NPC), mientras mantienen su capacidad proliferativa. Otro cambio drástico en el programa de expresión genética se produce cuando las células NP se diferencian en neuronas, donde se detiene la división celular. Una gran cantidad de trabajo importante describe los cambios a nivel del ADN que controlan la expresión genética en las células ES y durante su transición a NPC y neuronas. Sin embargo, la producción de un producto proteico a partir de un gen se controla en cada paso de la vía de expresión génica donde el gen de ADN se transcribe primero a ARN y luego el ARN se traduce a proteína. Un importante paso regulador a nivel de ARN en esta vía es el procesamiento de la transcripción de ARN primaria del gen en un ARNm que puede traducirse en proteína. Una parte de este procesamiento es la reacción de empalme del pre-ARNm, donde los patrones de empalme alternativos en el pre-ARNm determinan la estructura del producto proteico final de la mayoría de los genes humanos. Se sabe poco sobre cómo se regula este paso en la vía de expresión génica en las células ES o durante su diferenciación. Sin embargo, tanto la ELA como la AME pueden ser causadas por la pérdida de componentes de la maquinaria de empalme y una gran cantidad de trabajo está examinando cómo el empalme podría alterarse en neuronas maduras de pacientes con ELA y AME. En este estudio, examinaremos cómo dos importantes reguladores de empalme, la proteína de unión al tracto de polipirimidina (PTB) y su homólogo neuronal nPTB, afectan el empalme en células ES y NP normales. Caracterizaremos los programas de regulación controlados por estas proteínas. En particular, nos centraremos en aquellas partes del programa de empalme regulado por PTB que afectan la proliferación celular y la capacidad de las células ES y NP para autorrenovarse. A partir de este trabajo, avanzaremos en nuestra comprensión de cómo las células ES se diferencian en neuronas y cómo el empalme del pre-ARNm controla la función celular en el desarrollo normal y en la enfermedad.
Declaración de beneficio para California:
Las enfermedades neurológicas afectan a millones de pacientes en California y otros lugares. Por ejemplo, la atrofia muscular espinal (AME) es una de las causas genéticas más comunes de muerte infantil y no tiene un tratamiento eficaz. La AME y otras enfermedades neurológicas son causadas por errores en el proceso celular de empalme del pre-ARNm. Una estrategia prometedora para los tratamientos neurológicos son las terapias de reemplazo celular que utilizan células hES e iPS como material fuente para regenerar neuronas normales en lugar de las que se pierden a causa de la enfermedad. Otra estrategia terapéutica para la AME son los fármacos que alteran el proceso de empalme para mejorar su eficacia en las células enfermas. Este proyecto examinará el proceso de empalme en células hES normales y cómo se regula cuando estas células se diferencian en células progenitoras neuronales y neuronas. Esto proporcionará información esencial sobre la biología de las células madre necesaria para avanzar hacia diversas aplicaciones terapéuticas. El proyecto también proporcionará un sistema para el descubrimiento de fármacos en el nuevo campo de las terapias dirigidas a empalme. Este trabajo ayudará a California a seguir siendo líder en estas áreas de investigación básica, además de brindarle al estado una ventaja en el desarrollo biotecnológico y farmacéutico para la aplicación práctica de estos descubrimientos.
