La diferenciación de las células madre y el mantenimiento de los órganos se controla mediante el metabolismo de los lípidos
Los investigadores del Instituto Leibniz sobre el Envejecimiento - Instituto Fritz Lipmann (FLI) de Jena combinaron el uso de células madre pluripotentes de ratones y gusanos planos para identificar los genes que controlan el mantenimiento y la regeneración de los tejidos durante toda la vida. Los platelmintos (también conocidos como planarios) poseen una capacidad regenerativa inmortal. Ahora se ha descubierto que la inducción del metabolismo de la grasa por el gen Tnfaip2 promueve la capacidad de las células madre para producir células orgánicas diferenciadas. Cuando se pierde el gen, los planicianos pierden su capacidad de mantenimiento y regeneración de los órganos. Las alteraciones en el metabolismo de la grasa también pueden contribuir a la pérdida del mantenimiento de los órganos y al desarrollo del cáncer en la vejez.
La planicie Schmidtea mediterranea consiste en un 25% de células madre y son casi inmortales. Pueden mantener sus órganos para siempre regenerándose completamente y no envejeciendo en el proceso.
FLI / Anna Schroll
Jena. Metabolismo de la grasa (metabolismo de los lípidos) es el término utilizado para describir la síntesis y degradación de los lípidos en las células. Se reconoce cada vez más que se trata de un importante proceso clave que también podría influir en el mantenimiento y la diferenciación de las células madre. Ya se ha demostrado que el metabolismo de la grasa es importante para el mantenimiento de las células madre en la sangre.
Se supone que los intermediarios del metabolismo de la grasa, los llamados metabolitos de los lípidos, contribuyen a la diferenciación de las células madre. La diferenciación de las células madre es esencial para producir nuevas células orgánicas (por ejemplo, células de la piel, la sangre y los nervios). Sin embargo, todavía no se comprende bien qué factores genéticos contribuyen a la diferenciación de las células madre mediante el control del metabolismo de los lípidos. Esto podría tener una importancia fundamental para comprender cómo los cambios en el metabolismo de los lípidos conducen al desarrollo de enfermedades, por ejemplo, la pérdida de mantenimiento de los órganos durante el envejecimiento o el desarrollo del cáncer.
Investigadores del Instituto Leibniz sobre el Envejecimiento - Instituto Fritz Lipmann (FLI) de Jena, junto con colegas de la Universidad Friedrich Schiller de Jena (FSU), han estudiado la diferenciación de las células madre pluripotentes. Estos resultados se han publicado ahora en la revista científica "EMBO Reports". "Las células madre son extremadamente importantes para la renovación permanente de órganos y tejidos. A través de estos procesos de diferenciación, se crean constantemente nuevas células madre especializadas en el cuerpo donde se necesitan", informa el Prof. K. Lenhard Rudolph, jefe de grupo en la FLI y profesor de medicina molecular en la FSU. "Este proceso está controlado por los genes. La medida en que los genes controlan la función de las células madre a través del control del metabolismo de los lípidos no se conoce suficientemente en la actualidad".
El gen Tnfaip2 controla la diferenciación de las células madre
Para el examen genético, los investigadores reprogramaron los fibroblastos de ratón en células madre pluripotentes inducidas (células iPS) en cultivo celular. Usando este método, fueron capaces de identificar el Tnfaip2 como un nuevo gen que mejora crucialmente la transición de las células somáticas a las células iPS. "Nuestro estudio demostró que Tnfaip2 controla centralmente la diferenciación de las células madre; si se apaga, la reprogramación de los fibroblastos de los ratones en células iPS es mejorada", explica la Dra. Sarmistha Deb, primera autora y ex estudiante de doctorado en la FLI. Para poder investigar la función y la influencia en la capacidad de diferenciación de las células madre en condiciones reales, es decir, en un organismo vivo (in vivo), los investigadores utilizaron los planificadores (gusanos planos) como organismo modelo de capacidad inmortal para mantener y regenerar órganos.
Regulación de la diferenciación y regeneración de las células madre en los planicianos
El platelminto Schmidtea mediterranea también posee un gen similar al Tnfaip2 (Smed-exoc3). Las planarias están compuestas por un 25% de células madre. Se encuentran en las fuentes de nuestros centros urbanos, entre otros lugares, y pueden mantener y regenerar sus órganos para siempre, sin ningún signo de pérdida de esta capacidad durante el envejecimiento. Los experimentos con los planificadores fueron supervisados por la Dra. Cristina González-Estévez, experta en el campo de la investigación de la inmortalidad de Schmidtea mediterranea.
"Pensamos que podíamos utilizar el sistema del modelo planificador inmortal para identificar los genes que también son necesarios para mantener la función de las células madre en los mamíferos", explica la Dra. González-Estévez el enfoque del estudio. "Los resultados fueron sorprendentes. La regulación a la baja del gen Tnfaip2-like en los planificadores condujo a una disminución de la capacidad de las células madre para producir células de órganos diferenciados. La capacidad de regenerar y mantener los órganos fue completamente abolida debido a la pérdida de un solo gen".
La diferenciación de las células madre y el mantenimiento de los órganos se controla mediante el metabolismo lipídico
Y eso no es todo, el equipo de investigación fue capaz de probar que el Tnfaip2 controla la función de las células madre mediante el control del metabolismo de la grasa. Cuando se les dio a los gusanos con la función de genes faltantes ácidos grasos y transportadores de ácidos grasos (por ejemplo, palmitoil-L-carnitina), se reanudó la diferenciación de las células madre. Los órganos podían mantenerse sin la función del ortológico del gen Tnfaip2.
"Con nuestro nuevo proceso de descubrimiento utilizando pantallas celulares pluripotentes seguidas de un análisis funcional de los genes diana en los planificadores, podemos acelerar el descubrimiento de genes que son importantes para el mantenimiento y la función de las células madre", subraya el Profesor Rudolph los resultados. "Esto nos permitirá identificar las funciones de los genes que son importantes para la función de las células madre en los mamíferos o en los humanos. Quisiéramos utilizar estos conocimientos para aclarar las causas desconocidas de la pérdida del mantenimiento de los órganos y el desarrollo de enfermedades durante el envejecimiento".
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Publicación original
Sarmistha Deb, Daniel A. Felix, Philipp Koch, Maharshi Krishna Deb, Karol Szafranski, Katrin Buder, Mara Sannai, Marco Groth, Joanna Kirkpatrick, Stefan Pietsch, André Gollowitzer, Alexander Groß, Philip Riemenschneider, Andreas Koeberle, Cristina González-Estévez, K. Lenhard Rudolph; "Tnfaip2/exoc3-driven lipid metabolism is essential for stem cell differentiation and organ homeostasis"; EMBO Rep (2020), e49328.
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