Cientistas associam a histona H1FOO específica do oócito à melhor geração de células iPS

Crédito:Relatórios de células-tronco (2024). DOI:10.1016/j.stemcr.2024.04.005

Uma equipe de pesquisa conjunta liderada pelo Dr. , H1FOO, no aumento da eficiência e homogeneidade da reprogramação para estados pluripotentes preparados e ingênuos. O estudo foi publicado em Stem Cell Reports .

Enquanto a reprogramação convencional produz células-tronco pluripotentes induzidas por humanos (iPS) com características "preparadas", assemelhando-se a epiblastos pós-implantação com potencial limitado para se transformarem em tecidos extraembrionários, o estado pluripotente "ingênuo" exibe propriedades mais semelhantes às células epiblásticas pré-implantação e células iPS de camundongo , permitindo assim que eles se diferenciem em linhagens embrionárias e extraembrionárias.

Embora as células iPS humanas preparadas e ingênuas tenham permitido avanços biomédicos anteriormente inimagináveis, um desafio principal relativo às células iPS para pesquisa básica e fins médicos é a sua heterogeneidade. Os métodos tradicionais de reprogramação permanecem um processo estocástico e, portanto, muitos pesquisadores continuam a buscar meios mais eficientes e precisos para gerar células iPS homogêneas.

Em seu estudo recente, a equipe de pesquisa colaborativa examinou o potencial da histona ligante específica materna H1FOO como um fator candidato para refinar o processo de reprogramação. Os pesquisadores projetaram o H1FOO anexando um domínio de desestabilização (DD) para que pudessem manipular quimicamente sua degradação e regular cuidadosamente seus níveis.

Quando usado em combinação com os fatores Yamanaka (OSKL, MYC foi substituído por LMYC para evitar a tumorigênese), eles descobriram que o H1FOO-DD melhorou significativamente a eficiência da geração de células iPS, independentemente do sistema de entrega de genes utilizado.

Embora a expressão gênica e as análises epigenéticas não tenham identificado quaisquer diferenças significativas entre a reprogramação usando apenas OSKL ou em combinação com H1FOO-DD, elas revelaram, no entanto, que usando H1FOO-DD, as células iPS geradas independentemente exibiram um padrão de expressão gênica mais semelhante. , indicando assim melhorias na homogeneidade e reprodutibilidade.

Notavelmente, uma análise de genes com expressão altamente variável entre linhas celulares iPS independentes sugeriu que o H1FOO reduziu essa variabilidade em quase metade. Crucialmente, muitos desses genes estão envolvidos na regulação da expressão gênica, demonstrando assim a capacidade do H1FOO-DD de orientar o processo de reprogramação de forma mais rigorosa.

Além disso, os investigadores também observaram que as células iPS geradas através da reprogramação com H1FOO-DD eram melhores na diferenciação em endoderme, uma das três camadas germinativas primárias, e cardiomiócitos (um tipo de célula mesodérmica).

A equipe de pesquisa continuou sua investigação examinando os mecanismos subjacentes através dos quais o H1FOO-DD melhora a reprogramação. Por análise de sequenciamento de RNA unicelular (scRNA-seq), os pesquisadores descobriram que a reprogramação com H1FOO-DD não apenas levou a uma expressão mais precoce e mais alta de genes relacionados à pluripotência, mas também suprimiu a expressão de genes relacionados à resposta imune inata, inflamação e apoptose (morte celular programada).

Em particular, o H1FOO-DD aumentou a proporção de células categorizadas como reprogramadas com sucesso, ao mesmo tempo que reduziu subpopulações de células consideradas submetidas a reprogramação incompleta ou malsucedida.

Dado o papel do H1FOO como fator de remodelação da cromatina, os pesquisadores também examinaram a acessibilidade às regiões da cromatina. Consistente com os resultados da análise da expressão gênica, as regiões da cromatina, especialmente os marcadores de pluripotência próximos, abriram mais cedo e foram mais acessíveis quando o H1FOO-DD foi incluído como um fator de reprogramação.

Análises posteriores demonstraram que as famílias de fatores de transcrição POU e KLF/SP foram ativadas anteriormente durante o processo de reprogramação por H1FOO-DD. Estes resultados sugerem que o H1FOO-DD ajuda a coordenar a reprogramação de forma mais eficiente e oportuna para melhorar a geração de células iPS.

Em seguida, os pesquisadores se concentraram nos efetores downstream que ajudam a mediar os efeitos positivos do H1FOO-DD na geração de células iPS, examinando genes com expressão diferencial no início da reprogramação. Através desta análise, eles identificaram 19 genes regulados positivamente e dois genes regulados negativamente quando o H1FOO-DD foi incluído como um fator de reprogramação.

A equipe de pesquisa examinou esses genes individualmente para determinar se eles influenciam a reprogramação preparada e ingênua e descobriu que a superexpressão de FKBP1A ou APOE melhora a reprogramação. Como a APOE foi anteriormente relatada como altamente expressa durante a reprogramação, os pesquisadores concentraram sua atenção na FKBP1A na esperança de revelar novos mecanismos moleculares subjacentes à reprogramação bem-sucedida.

Notavelmente, eles descobriram que, embora a reprogramação usando apenas OSKL aumente a expressão de FKBP1A, a inclusão de H1FOO-DD a aumenta dramaticamente. Esta observação foi ainda apoiada pelo reexame da expressão genética e dos dados de acessibilidade da cromatina que já haviam coletado.

FKBP1A é uma imunofilina envolvida na imunossupressão que pode interagir e inibir o TGFBR1, que, por sua vez, promove a transição mesenquimal para epitelial (MET) e melhora a eficiência da reprogramação.

Os pesquisadores levantaram a hipótese de que ambas as funções do FKBP1A na supressão da imunidade inata e na inibição do MET mediado por TGFBR1 são provavelmente responsáveis pelo aumento da eficiência da reprogramação pelo H1FOO-DD.

Notavelmente, eles descobriram que a reprogramação através de uma combinação de superexpressão de OSKL e FKBP1A levou à supressão comparável de TGFBR1, aumento de MET, supressão da resposta imune inata e apoptose, como quando H1FOO-DD foi usado para iniciar a reprogramação.

Por último, como a análise anterior da expressão genética indicou que, além de melhorar a reprogramação iniciada, o H1FOO-DD também induziu a expressão de marcadores de estado ingênuo, os pesquisadores examinaram se o H1FOO-DD também é capaz de promover a reprogramação para o estado ingênuo. De fato, eles observaram que a inclusão de H1FOO-DD melhorou substancialmente a geração de células iPS virgens.

Além disso, de forma análoga à reprogramação iniciada, o H1FOO-DD reforçou o processo de reprogramação, coordenando uma regulação genética e epigenética mais uniforme nas células. Funcionalmente, conforme medido pela atividade metabólica e reativação do cromossomo X, a reprogramação usando H1FOO-DD produziu células iPS virgens mais semelhantes a células-tronco embrionárias virgens ou blastocistos pré-implantação do que quando OSKL foi usado sozinho.

Em resumo, os esforços combinados da equipe conjunta de pesquisa identificaram o eixo H1FOO-FKBP1A como um meio de reprogramar células com maior eficiência e precisão. Essas descobertas provarão ter um impacto tremendo na geração de células iPS, tanto para pesquisa científica básica quanto para aplicações clínicas.

Mais informações: Akira Kunitomi et al, H1FOO-DD promove eficiência e uniformidade na reprogramação para pluripotência ingênua, Stem Cell Reports (2024). DOI:10.1016/j.stemcr.2024.04.005
Informações do diário: Relatórios de células-tronco

Fornecido pela Universidade de Kyoto

Pesquisadores revelam novo transdutor mecânico celular

Equipe desenvolve tecnologia para produção de bioplásticos a partir de subprodutos agrícolas e alimentares

Biologia