Cientistas do The Scripps Research Institute (TSRI) descobriram uma nova abordagem para a "reprogramação" de células adultas comuns em células-tronco.
Em um estudo publicado hoje em um artigo Advance Online em Nature Biotechnology , os cientistas do TSRI examinaram uma biblioteca de 100 milhões de anticorpos e encontraram vários que podem ajudar a reprogramar células maduras semelhantes à pele em células-tronco conhecidas como células-tronco pluripotentes induzidas (IPSCs).
A produção de IPSCs a partir de tipos de células mais maduros normalmente envolve a inserção de quatro genes de fatores de transcrição no DNA dessas células. Os anticorpos identificados pelos cientistas podem ser aplicados a células maduras - onde se ligam a proteínas na superfície celular - como um substituto para três das inserções de gene de fator de transcrição padrão.
"Este resultado sugere que, em última análise, podemos ser capazes de fazer IPSCs sem colocar nada no núcleo da célula, o que potencialmente significa que essas células-tronco terão menos mutações e melhores propriedades em geral, "disse a autora sênior do estudo Kristin Baldwin, professor associado do departamento de neurociência do TSRI.
As IPSCs podem ser feitas das próprias células dos pacientes, e têm uma infinidade de usos potenciais em terapias celulares personalizadas e regeneração de órgãos. Contudo, nenhum dos usos clínicos previstos das IPSCs ainda foi realizado, em parte por causa dos riscos envolvidos em fazê-los.
O procedimento de indução IPSC padrão, desenvolvido há uma década e conhecido como OSKM, envolve a inserção em células adultas de genes para quatro proteínas de fator de transcrição:Oct4, Sox2, Klf4 e c-Myc. Com esses genes adicionados e ativos, as proteínas do fator de transcrição que eles codificam são produzidas e, por sua vez, reprogramam as células para se tornarem IPSCs.
Um problema com esse procedimento é que os eventos de inserção viral ou superprodução dos fatores de reprogramação nuclear podem danificar o DNA da célula de uma forma que a torna cancerosa. Outra é que essa reprogramação nuclear normalmente produz uma coleção de IPSCs com propriedades variáveis. "Essa variabilidade pode ser um problema, mesmo quando estamos usando IPSCs em laboratório para estudar doenças, "Baldwin disse.
Em contraste, durante o desenvolvimento animal normal, a identidade da célula é alterada por sinais moleculares que vêm de fora da célula e induzem mudanças na atividade do gene, sem nenhuma inserção arriscada de DNA. Para encontrar caminhos naturais como esses - através dos quais células comuns poderiam ser transformadas em IPSCs - Baldwin e seu laboratório se uniram ao laboratório TSRI de Richard Lerner, a professora de Imunoquímica Lita Annenberg Hazen. Lerner ajudou a ser pioneiro no desenvolvimento e na triagem de grandes bibliotecas de anticorpos humanos para encontrar novos medicamentos baseados em anticorpos e sondas científicas.
Nesse caso, O time, incluindo o estudante de graduação Joel W. Blanchard e o associado de pesquisa de pós-doutorado Jia Xie, que foram os autores principais, criou uma biblioteca de cerca de 100 milhões de anticorpos distintos e usou-a para encontrar qualquer um que pudesse substituir os fatores de transcrição OSKM.
Em um conjunto inicial de experimentos, os pesquisadores tentaram identificar anticorpos que podem substituir Sox2 e c-Myc. Eles estabeleceram uma grande população de células de fibroblastos de camundongo - frequentemente usadas para fazer IPSCs em experimentos - e inseriram os genes para os outros dois fatores de transcrição, Oct4 e Klf4. Em seguida, eles adicionaram sua enorme biblioteca de genes de anticorpos à população de células, de forma que cada célula acabou contendo os genes para um ou mais dos anticorpos.
Os cientistas puderam então observar quais das células começaram a formar colônias de células-tronco - indicando que um dos anticorpos produzidos por essas células substituiu com sucesso as funções de Sox2 e c-Myc e acionou a mudança na identidade celular. O sequenciamento do DNA dessas células permitiu aos pesquisadores determinar os anticorpos responsáveis.
Desta maneira, a equipe TSRI descobriu dois anticorpos que podem ser substituídos por Sox2 e c-Myc, e em um conjunto semelhante de testes, eles encontraram dois anticorpos que podem substituir um terceiro fator de transcrição, 4 de outubro. Os cientistas mostraram que, em vez de inserir esses genes de fator de transcrição, eles poderiam simplesmente fornecer os anticorpos para as células de fibroblastos em cultura.
Neste estudo inicial, os cientistas não conseguiram encontrar anticorpos que substituam a função do quarto fator de transcrição OSKM, Klf4. Contudo, Baldwin espera que, com uma triagem mais extensa, ela e seus colegas também encontrem substitutos de anticorpos para Klf4. "Esse eu acho que vai levar mais alguns anos para descobrir, " ela disse.
A abordagem de rastreamento de anticorpos, em princípio, permite que os cientistas não apenas encontrem anticorpos que podem substituir os fatores de transcrição OSKM, mas também para estudar as vias naturais de sinalização através das quais esses anticorpos atuam.
Em uma prova deste princípio, os cientistas descobriram que um dos anticorpos que substituem o Sox2 se liga a uma proteína da membrana celular chamada Basp1. Este evento de ligação bloqueia a atividade normal de Basp1 e, portanto, remove as restrições em WT1, uma proteína do fator de transcrição que atua no núcleo da célula. WT1, desencadeado, então altera a atividade de vários genes, em última análise, incluindo Sox2, para promover o estado das células-tronco usando uma ordem diferente de eventos do que quando usando os fatores de reprogramação originais.
WT1 (tumor 1 de Wilms) é superproduzido em alguns cânceres e é considerado um oncogene. Esse fato destaca um valor agregado de tais estudos:ajudar os cientistas a entender a relação entre o desenvolvimento das células cancerosas e o estado das células-tronco.
Os pesquisadores do TSRI agora planejam maiores, estudos de rastreamento de anticorpos mais complexos usando células humanas em vez de células de camundongo.
