Señalización WNT y control de las decisiones sobre el destino celular en células madre pluripotentes humanas.

Las células madre pluripotentes (hPSC) tienen el potencial de crecer y expandirse indefinidamente y, al mismo tiempo, albergan la capacidad única de generar todos los tipos de células maduras. Estas dos propiedades de las hPSC presentan un arma de doble filo: por un lado, las hPSC proporcionan un suministro ilimitado de células para reemplazar células y tejidos muertos, dañados o enfermos. Por otro lado, esta propiedad de las hPSC es la base de su peligroso potencial para sembrar y producir tumores. Controlar el comportamiento de las hPSC y dirigir específicamente su diferenciación en células de interés es de suma importancia para producir poblaciones de células puras y maduras que carezcan de potencial de inicio de tumores y que sean adecuadas para el trasplante. El comportamiento de las células madre se puede regular y controlar mediante varios enfoques. Un enfoque particular utiliza métodos de terapia génica en los que se aumenta o disminuye la expresión de genes específicos. Si bien este enfoque ha aportado importantes conocimientos sobre el funcionamiento interno de las células madre, estos métodos de terapia génica son intrínsecamente problemáticos ya que alteran permanentemente la composición genética de las líneas celulares objetivo. Un método alternativo para afectar el comportamiento de las células madre es tratar las células con factores que se sabe que especifican el destino celular durante el desarrollo embrionario y mantienen los tejidos adultos que crecen y se reparan continuamente (por ejemplo, piel, intestinos y sangre). Estos factores pueden suministrarse desde el exterior de la célula para que el genoma de la célula objetivo permanezca inalterado. Los genes Wnt son una clase de factores que regulan muchos procesos biológicos y afectan potencialmente el comportamiento de las células madre. Nuestra hipótesis es que las proteínas Wnt pueden utilizarse para controlar y regular el comportamiento de las células madre, superando así los riesgos asociados con poblaciones de hPSC indiferenciadas. En esta solicitud de subvención proponemos investigar el efecto de las proteínas Wnt en el comportamiento de las hPSC. Específicamente, estamos examinando el efecto de las proteínas Wnt sobre el estado de proliferación y diferenciación de hPSC. Los resultados preliminares indican que el tratamiento de hPSC con Wnts instruye a las células a salir del estado indiferenciado y adoptar una función más restringida. Además, estamos explorando el papel de las diversas proteínas de la superficie celular que reciben y procesan la señalización de las proteínas Wnt. Estos estudios nos han llevado a identificar un conjunto de moléculas de la superficie celular con patrones de expresión que se correlacionan estrechamente con el estado de diferenciación de las hPSC. En una línea adicional de investigación, estamos explorando el papel de la señalización Wnt en el proceso de reprogramación y en la inducción del estado de células madre pluripotentes. El objetivo es aumentar la eficiencia de la reprogramación y generar células madre pluripotentes inducidas independientemente de la transducción genética, produciendo así poblaciones de células madre "más seguras". Finalmente, estamos utilizando una plataforma de microarrays celulares desarrollada previamente en nuestro laboratorio para interrogar las interacciones entre las proteínas Wnt y el entorno extracelular. Estos experimentos tienen como objetivo optimizar las actividades biológicas y bioquímicas de las proteínas Wnt en ensayos de células madre.

Las células madre pluripotentes (hPSC) tienen el potencial de crecer y expandirse indefinidamente y, al mismo tiempo, albergan la capacidad única de generar todos los tipos de células maduras. Estas dos propiedades de las hPSC presentan un arma de doble filo: por un lado, las hPSC proporcionan un suministro ilimitado de células para reemplazar células y tejidos muertos, dañados o enfermos, mientras que, por otro lado, esta propiedad de las hPSC se encuentra en el corazón de su potencial peligroso para sembrar y producir tumores. Controlar el comportamiento de las hPSC y dirigir específicamente su diferenciación en células de interés es de suma importancia para producir poblaciones de células puras y maduras que carecen de potencial iniciador de tumores y que son adecuadas para trasplantes y terapias celulares. El comportamiento de las células madre se puede regular y controlar mediante varios enfoques. Un enfoque particular utiliza métodos de terapia génica en los que se aumenta o disminuye la expresión de genes específicos. Si bien este enfoque ha aportado importantes conocimientos sobre el funcionamiento interno de las células madre, estos métodos de terapia génica son intrínsecamente problemáticos ya que alteran permanentemente la composición genética de las líneas celulares objetivo. Un método alternativo para afectar el comportamiento de las células madre es tratar las células con factores que se sabe que especifican el destino celular durante el desarrollo embrionario y mantienen los tejidos adultos que crecen y se reparan continuamente (por ejemplo, piel, intestinos y sangre). Estos factores pueden suministrarse desde el exterior de la célula para que el genoma de la célula objetivo permanezca inalterado. Las proteínas Wnt son una clase de factores que actúan en el exterior de la célula, regulan muchos procesos biológicos y afectan potencialmente el comportamiento de las células madre. Nuestra hipótesis es que las proteínas Wnt pueden utilizarse para controlar y regular el comportamiento de las células madre, superando así los riesgos asociados con los métodos que implican la transducción de genes. Como potentes factores de células madre, las proteínas Wnt se pueden emplear para instruir a las hPSC a adaptar un estado diferenciado y así disminuir su potencial de inicio de tumores. En esta solicitud de subvención proponemos investigar el efecto de las proteínas Wnt en el comportamiento de las hPSC. Específicamente, estamos examinando el efecto de las proteínas Wnt sobre el estado de proliferación y diferenciación de hPSC. Para ello, hemos desarrollado y aislado varias proteínas recombinantes que activan o bloquean la señalización Wnt. En estudios preliminares encontramos que el tratamiento de hPSC con Wnts instruye a las células a salir del estado indiferenciado y adoptar una función más restringida. Además, estamos explorando el papel de las diversas proteínas de la superficie celular que reciben y procesan la señalización de las proteínas Wnt. Estos estudios nos han llevado a identificar un conjunto de moléculas de la superficie celular con patrones de expresión que se correlacionan estrechamente con el estado de diferenciación de las hPSC. En una línea adicional de investigación, estamos explorando el papel de la señalización Wnt en el proceso de reprogramación y en la inducción del estado de células madre pluripotentes. El objetivo es aumentar la eficiencia de la reprogramación y generar células madre pluripotentes inducidas independientemente de la transducción genética, produciendo así poblaciones de células madre "más seguras". Finalmente, estamos utilizando una plataforma de microarrays celulares desarrollada previamente en nuestro laboratorio para interrogar las interacciones entre las proteínas Wnt y el entorno extracelular. Estos experimentos tienen como objetivo optimizar las actividades biológicas y bioquímicas de las proteínas Wnt. Un objetivo a largo plazo de estos estudios es obtener una mejor comprensión del mecanismo de acción de Wnt sobre las células madre, lo que permitirá que los estudios dirijan específicamente a las células hacia un destino particular.

Las células madre pluripotentes humanas (hPSC) y sus derivados representan la única herramienta de investigación para estudiar el desarrollo humano. Como tales, estas células nos permiten estudiar la progresión de enfermedades a nivel celular en una placa, probar cómo los defectos genéticos específicos contribuyen a la multitud de defectos de desarrollo y de nacimiento, y generar la "materia prima" para el desarrollo de células. terapias de enfermedades actualmente incurables, como el cáncer, las enfermedades cardiovasculares y los trastornos neurodegenerativos. Sin embargo, nuestra comprensión de los mecanismos básicos que subyacen a la biología de las células madre es incompleta y los procesos mediante los cuales las células individuales se organizan entre sí para dar lugar a la complejidad de la vida multicelular siguen siendo un misterio. En el corazón del desarrollo embrionario y, por tanto, de la biología de las células madre, se encuentra un intrincado proceso de comunicación celular. Las células individuales producen y liberan señales, conocidas como factores de crecimiento, que instruyen a las células vecinas a asumir comportamientos y propiedades específicos. Las proteínas Wnt representan una clase importante de factores de crecimiento con potentes efectos sobre las células madre y los procesos de desarrollo. Hemos examinado el papel de estas proteínas Wnt en las hPSC y sus derivados, incluidas las células madre neurales, un tipo de célula que puede generar muchas de las células que se encuentran en el sistema nervioso central. El objetivo de este proyecto de investigación fue obtener una mejor comprensión de estos factores de crecimiento WNT para que podamos aplicarlos para afectar el comportamiento de las células madre. La identificación de los mecanismos por los que actúan las proteínas Wnt nos ha permitido aportar herramientas y protocolos valiosos para la manipulación de hPSC y células madre neurales en tipos de células maduras adecuadas para terapias de reemplazo celular y modelado de enfermedades. Con el aumento de la esperanza de vida a más de 80 años, cada vez más personas padecen enfermedades relacionadas con la edad, como cáncer y trastornos neurodegenerativos. Los tratamientos médicos actuales no curan estas enfermedades. Los avances recientes en el estudio de las hPSC han brindado la oportunidad de desarrollar nuevas terapias de reemplazo celular para el tratamiento de muchas de estas enfermedades. El desarrollo de nuevas terapias basadas en células también superará la insuficiencia de los tratamientos convencionales basados ​​en fármacos. Un desafío importante en el estudio y uso de hPSC es desarrollar métodos sólidos para la diferenciación dirigida de hPSC en tipos de células funcionalmente maduras adecuadas para aplicaciones terapéuticas. Nuestra investigación ha tenido como objetivo obtener una mejor comprensión de cómo manipular hPSC y células madre neurales. La investigación ha permitido obtener conocimientos fundamentales sobre la biología de las hPSC y ha producido protocolos y reactivos de importancia crítica en la medicina regenerativa. Además, esta investigación tiene amplios beneficios para los científicos con un amplio espectro de intereses. La investigación ha proporcionado no sólo la base para los avances científicos en medicina regenerativa para mejorar la salud, sino también avances tecnológicos y ganancias financieras para la gente de California.

Las células madre pluripotentes (hPSC) tienen el potencial de crecer y expandirse indefinidamente y, al mismo tiempo, albergan la capacidad única de generar todos los tipos de células maduras. Estas dos propiedades de las hPSC presentan un arma de doble filo: por un lado, las hPSC proporcionan un suministro ilimitado de células para reemplazar células y tejidos muertos, dañados o enfermos, mientras que, por otro lado, esta propiedad de las hPSC se encuentra en el corazón de su potencial peligroso para sembrar y producir tumores. Controlar el comportamiento de las hPSC y dirigir específicamente su diferenciación en células de interés es de suma importancia para producir poblaciones de células puras y maduras que carecen de potencial iniciador de tumores y que son adecuadas para trasplantes y terapias celulares. El comportamiento de las células madre se puede regular y controlar mediante varios enfoques. Un enfoque particular utiliza métodos de terapia génica en los que se aumenta o disminuye la expresión de genes específicos. Si bien este enfoque ha aportado importantes conocimientos sobre el funcionamiento interno de las células madre, estos métodos de terapia génica son intrínsecamente problemáticos ya que alteran permanentemente la composición genética de las líneas celulares objetivo. Un método alternativo para afectar el comportamiento de las células madre es tratar las células con factores que se sabe que especifican el destino celular durante el desarrollo embrionario y mantienen los tejidos adultos que crecen y se reparan continuamente (por ejemplo, piel, intestinos y sangre). Estos factores pueden suministrarse desde el exterior de la célula para que el genoma de la célula objetivo permanezca inalterado. Las proteínas Wnt son una clase de factores que actúan en el exterior de la célula, regulan muchos procesos biológicos y afectan potencialmente el comportamiento de las células madre. Nuestra hipótesis es que las proteínas Wnt pueden utilizarse para controlar y regular el comportamiento de las células madre, superando así los riesgos asociados con los métodos que implican la transducción de genes. Como potentes factores de células madre, las proteínas Wnt se pueden emplear para instruir a las hPSC a adaptar un estado diferenciado y así disminuir su potencial de inicio de tumores. En esta solicitud de subvención propusimos investigar el efecto de las proteínas Wnt en el comportamiento de las hPSC y en la reprogramación. Específicamente, examinamos el efecto de las proteínas Wnt sobre el estado de proliferación y diferenciación de hPSC. Para ello, desarrollamos y aislamos varias proteínas recombinantes que activan o bloquean la señalización Wnt. Descubrimos que el tratamiento de hPSC con Wnts instruye a las células a salir del estado indiferenciado y adoptar una función más restringida. Además, exploramos el papel de las diversas proteínas de la superficie celular que reciben y procesan la señalización de las proteínas Wnt. Estos estudios nos han llevado a identificar un conjunto de moléculas de la superficie celular con patrones de expresión que se correlacionan estrechamente con el estado de diferenciación de las hPSC. En una línea adicional de investigación, exploramos el papel de la señalización Wnt en el proceso de reprogramación y en la inducción del estado de células madre pluripotentes. El objetivo de esta investigación era aumentar la eficiencia de la reprogramación y generar células madre pluripotentes inducidas (iPSC) independientemente de la transducción de genes, produciendo así poblaciones de células madre "más seguras". En una sorprendente serie de experimentos descubrimos que la señalización Wnt es absolutamente necesaria para la reprogramación. Utilizando fibroblastos de pacientes con un defecto genético poco común llamado hipoplasia dérmica focal (FDH), pudimos demostrar que la señalización Wnt es necesaria durante el proceso de reprogramación. Estos experimentos también nos han permitido iniciar una nueva dirección en nuestra investigación donde emplearemos estas FDH-iPSC para modelar la enfermedad en un plato y realizar pruebas de fármacos que corregirán los defectos moleculares asociados con esta enfermedad.