Los cambios epigenéticos reprograman los astrocitos en células madre cerebrales
Los astrocitos podrían utilizarse en medicina regenerativa para sustituir células nerviosas dañadas
Las células madre cerebrales en reposo apenas se diferencian de los astrocitos normales, que sostienen las células nerviosas del cerebro. ¿Cómo pueden unas células casi idénticas desempeñar funciones tan diferentes? La clave está en la metilación de su material genético, que confiere a estos astrocitos especiales propiedades de células madre. Científicos del Centro Alemán de Investigación Oncológica (DKFZ) y de la Universidad de Heidelberg han publicado sus hallazgos en la revista Nature. En ratones, los investigadores demostraron que la falta de flujo sanguíneo inducida experimentalmente en el cerebro reprograma epigenéticamente los astrocitos para convertirlos en células madre cerebrales, que a su vez pueden dar lugar a células progenitoras nerviosas. Este descubrimiento demuestra que los astrocitos podrían utilizarse en medicina regenerativa para sustituir células nerviosas dañadas.
En el cerebro conviven muchos tipos diferentes de células. En los seres humanos, las células nerviosas (neuronas) constituyen menos de la mitad de las células. El resto se denomina "glía". Las células gliales más comunes son los astrocitos. Suministran energía a las neuronas, forman parte de la barrera hematoencefálica, regulan las sinapsis y sirven de apoyo a las células inmunitarias.
Sin embargo, una pequeña proporción de astrocitos son capaces de producir células nerviosas y otros tipos de células cerebrales. Por ello, estos astrocitos especiales también se conocen como células madre cerebrales. Las células madre cerebrales y los astrocitos ordinarios apenas difieren en su expresión génica, es decir, en la actividad de sus genes. "Hasta ahora no estaba nada claro cómo pueden desempeñar funciones tan diferentes y en qué consisten las propiedades de las células madre", explica Ana Martín-Villalba, investigadora de células madre del DKFZ.
La metilación es la clave
Para resolver este rompecabezas, los equipos dirigidos por Martin-Villalba y Simon Anders (BioQuant, Center, Universidad de Heidelberg) aislaron tanto astrocitos ordinarios como células madre cerebrales de una de las regiones del cerebro donde se desarrollan las neuronas jóvenes en ratones adultos, la "zona ventricular-subventricular" (vSVZ). Los investigadores analizaron la expresión génica a nivel de células individuales mediante secuenciación de ARNm, así como los patrones de metilación ("metiloma") en todo el genoma. Utilizaron una herramienta especialmente desarrollada para analizar los datos de metilación*.
La metilación del ADN se refiere a "marcadores" químicos con los que la célula puede desactivar partes no utilizadas de su ADN. La metilación es, por tanto, crucial para la identidad de las células.
Durante este estudio, los expertos en células madre observaron que las células madre cerebrales tienen un patrón especial de metilación del ADN que las distingue de otros astrocitos. "A diferencia de los astrocitos normales, en las células madre cerebrales se desmetilan ciertos genes que, de otro modo, sólo utilizarían las células precursoras de los nervios. Esto permite a las células madre cerebrales activar estos genes para producir ellas mismas células nerviosas", explica Lukas Kremer, primer autor de la presente publicación. El coautor Santiago Cerrizuela añade: "Esta vía está negada a los astrocitos ordinarios, ya que los genes necesarios están bloqueados por la metilación del ADN".
La falta de riego sanguíneo provoca la reprogramación de los astrocitos en células madre y aumenta la formación de nuevos nervios
¿Podría utilizarse también la metilación para convertir astrocitos en células madre cerebrales en otras regiones del cerebro, fuera de la vSVZ? "Esto sería un paso importante para la medicina regenerativa con el fin de reparar zonas dañadas del cerebro", afirma Ana Martín-Villalba.
Estudios anteriores ya habían demostrado que la falta de riego sanguíneo, como ocurre en las lesiones cerebrales, aumenta el número de células nerviosas recién nacidas. ¿Desempeña algún papel en este proceso la alteración de los perfiles de metilación?
Para investigarlo, los investigadores interrumpieron el suministro de sangre al cerebro de ratones durante un breve periodo de tiempo. Como resultado, también pudieron detectarse astrocitos con el perfil de metilación típico de las células madre fuera de la vSVZ, así como un mayor número de células progenitoras nerviosas.
"Nuestra teoría es que los astrocitos normales del cerebro sano no forman células nerviosas porque su patrón de metilación se lo impide", explica Martin-Villalba, responsable del estudio. "Las técnicas para alterar específicamente el perfil de metilación podrían representar un nuevo enfoque terapéutico para generar nuevas neuronas y tratar enfermedades nerviosas".
"Al parecer, la falta de flujo sanguíneo hace que los astrocitos de ciertas zonas del cerebro redistribuyan las marcas de metilación de su ADN de tal forma que su programa de células madre se vuelve accesible. Las células reprogramadas comienzan entonces a dividirse y a formar precursores de nuevas neuronas", resume Simon Anders y añade: "Si comprendemos mejor estos procesos, quizá podamos estimular específicamente la formación de nuevas neuronas en el futuro. Por ejemplo, después de un derrame cerebral, podríamos reforzar los poderes de autocuración del cerebro, que normalmente no parecen estar lo suficientemente activos, para poder reparar el daño".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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