La potencia celular es la capacidad de una célula para diferenciarse en otros tipos de células. [1] [2] [3] Cuantos más tipos de células se pueden diferenciar una célula, mayor es su potencia. La potencia también se describe como el potencial de activación de genes dentro de una célula, que como un continuo, comienza con totipotencia para designar una célula con el mayor potencial de diferenciación, pluripotencia , multipotencia , oligopotencia y finalmente unipotencia .
Totipotencia
Totipotencia (lat. Totipotentia , "capacidad para todas [las cosas]") es la capacidad de una sola célula para dividirse y producir todas las células diferenciadas en un organismo . Las esporas y los cigotos son ejemplos de células totipotentes. [4] En el espectro de potencia celular, la totipotencia representa la célula con mayor potencial de diferenciación , pudiendo diferenciarse en cualquier célula embrionaria , así como en células extraembrionarias. Por el contrario, las células pluripotentes solo pueden diferenciarse en células embrionarias. [5] [6]
Es posible que una célula completamente diferenciada vuelva a un estado de totipotencia. [7] Esta conversión a totipotencia es compleja, no se comprende completamente y es objeto de investigaciones recientes. La investigación en 2011 ha demostrado que las células pueden diferenciarse no en una célula totalmente totipotente, sino en una "variación celular compleja" de totipotencia. [8] Las células madre que se asemejan a blastómeros totipotentes de embriones en estadio de 2 células pueden surgir espontáneamente en cultivos de células madre embrionarias de ratón [9] [10] y también pueden inducirse a que surjan con mayor frecuencia in vitro mediante la regulación a la baja de la actividad de ensamblaje de cromatina de CAF-1 . [11]
El modelo de desarrollo humano es uno que puede usarse para describir cómo surgen las células totipotentes. [12] El desarrollo humano comienza cuando un espermatozoide fertiliza un óvulo y el óvulo fertilizado resultante crea una única célula totipotente, un cigoto . [13] En las primeras horas después de la fertilización, este cigoto se divide en células totipotentes idénticas, que luego pueden convertirse en cualquiera de las tres capas germinales de un ser humano ( endodermo , mesodermo o ectodermo ), o en células de la placenta ( citotrofoblasto o sincitiotrofoblasto ). Después de alcanzar una etapa de 16 células, las células totipotentes de la mórula se diferencian en células que eventualmente se convertirá en ya sea el blastocisto 's masa celular interna o los exteriores trofoblastos . Aproximadamente cuatro días después de la fertilización y luego de varios ciclos de división celular, estas células totipotentes comienzan a especializarse. La masa celular interna, la fuente de células madre embrionarias , se vuelve pluripotente.
La investigación sobre Caenorhabditis elegans sugiere que múltiples mecanismos, incluida la regulación del ARN, pueden desempeñar un papel en el mantenimiento de la totipotencia en diferentes etapas de desarrollo en algunas especies. [14] El trabajo con el pez cebra y los mamíferos sugiere una interacción adicional entre el miARN y las proteínas de unión al ARN (RBP) para determinar las diferencias en el desarrollo. [15]
Células germinales primordiales
En las células germinales primordiales de ratón , la reprogramación de todo el genoma que conduce a la totipotencia implica el borrado de huellas epigenéticas . La reprogramación se facilita mediante la desmetilación activa del ADN que implica la vía enzimática de reparación por escisión de la base del ADN . [16] Esta vía implica el borrado de la metilación de CpG (5mC) en las células germinales primordiales mediante la conversión inicial de 5mC en 5-hidroximetilcitosina (5hmC), una reacción impulsada por altos niveles de las diez-once enzimas dioxigenasa TET-1 y TET- 2 . [17]
Pluripotencia
En biología celular, pluripotencia (lat. Pluripotentia , "capacidad para muchas [cosas]") [18] se refiere a una célula madre que tiene el potencial de diferenciarse en cualquiera de las tres capas germinales : endodermo (revestimiento interior del estómago, tracto gastrointestinal pulmones), mesodermo (músculo, hueso, sangre, urogenital) o ectodermo (tejidos epidérmicos y sistema nervioso), pero no en tejidos extraembrionarios como la placenta. [19] Sin embargo, la pluripotencia celular es un continuo, que va desde la célula completamente pluripotente que puede formar cada célula del embrión propiamente dicho, por ejemplo, las células madre embrionarias y las iPSC (ver más abajo), hasta la célula incompleta o parcialmente pluripotente que puede formar células. de las tres capas germinales, pero es posible que no presenten todas las características de las células completamente pluripotentes.
Pluripotencia inducida
Las células madre pluripotentes inducidas, comúnmente abreviadas como células iPS o iPSC, son un tipo de célula madre pluripotente derivada artificialmente de una célula no pluripotente, típicamente una célula somática adulta , al inducir una expresión "forzada" de ciertos genes y factores de transcripción . [20] Estos factores de transcripción juegan un papel clave en la determinación del estado de estas células y también destaca el hecho de que estas células somáticas conservan la misma información genética que las células embrionarias tempranas. [21] La capacidad de inducir células a un estado pluripotente se inició inicialmente en 2006 utilizando fibroblastos de ratón y cuatro factores de transcripción, Oct4 , Sox2 , Klf4 y c- Myc ; [22] Esta técnica, llamada reprogramación , le valió más tarde a Shinya Yamanaka y John Gurdon el Premio Nobel de Fisiología o Medicina. [23] Esto fue seguido en 2007 por la inducción exitosa de iPSC humanas derivadas de fibroblastos dérmicos humanos utilizando métodos similares a los utilizados para la inducción de células de ratón. [24] Estas células inducidas exhiben rasgos similares a los de las células madre embrionarias (ESC) pero no requieren el uso de embriones. Algunas de las similitudes entre las ESC y las iPSC incluyen la pluripotencia , la morfología , la capacidad de autorrenovación, un rasgo que implica que pueden dividirse y replicarse indefinidamente, y la expresión génica . [25]
También se cree que los factores epigenéticos están involucrados en la reprogramación real de las células somáticas para inducir la pluripotencia. Se ha teorizado que ciertos factores epigenéticos podrían funcionar para borrar las marcas epigenéticas somáticas originales con el fin de adquirir las nuevas marcas epigenéticas que son parte del logro de un estado pluripotente . La cromatina también se reorganiza en las iPSC y se vuelve como la que se encuentra en las ESC, ya que está menos condensada y, por lo tanto, más accesible. Las modificaciones de la eucromatina también son comunes, lo que también es consistente con el estado de la eucromatina que se encuentra en las ESC. [25]
Debido a su gran similitud con los ESC, las iPSC han sido de gran interés para la comunidad médica y de investigación. Las iPSC potencialmente podrían tener las mismas implicaciones y aplicaciones terapéuticas que las ESC pero sin el controvertido uso de embriones en el proceso, un tema de gran debate bioético. De hecho, la inducida por la pluripotencia de las células somáticas en indiferenciadas células iPS fue aclamado originalmente como el final del controvertido uso de células madre embrionarias . Sin embargo, se descubrió que las iPSC son potencialmente tumorígenas y, a pesar de los avances, [20] nunca se aprobaron para la investigación en estadio clínico en los Estados Unidos. También se han encontrado contratiempos como bajas tasas de replicación y senescencia temprana al fabricar iPSC, [26] lo que dificulta su uso como reemplazos de ESC.
Además, se ha determinado que la expresión somática de factores de transcripción combinados puede inducir directamente otros destinos celulares somáticos definidos ( transdiferenciación ); Los investigadores identificaron tres factores de transcripción específicos de linaje neuronal que podrían convertir directamente los fibroblastos de ratón (células de la piel) en neuronas completamente funcionales . [27] Este resultado desafía la naturaleza terminal de la diferenciación celular y la integridad del compromiso de linaje; e implica que con las herramientas adecuadas, todas las células son totipotentes y pueden formar todo tipo de tejido.
Algunos de los posibles usos médicos y terapéuticos de las iPSC derivadas de pacientes incluyen su uso en trasplantes de células y tejidos sin el riesgo de rechazo que se encuentra comúnmente. Las iPSC pueden potencialmente reemplazar los modelos animales inadecuados, así como los modelos in vitro utilizados para la investigación de enfermedades. [28]
Estados de pluripotencia ingenuo versus preparado
Los hallazgos recientes con respecto a los epiblastos antes y después de la implantación han producido propuestas para clasificar la pluripotencia en dos fases distintas: "ingenua" y "preparada". [29] Las células madre de referencia que se utilizan comúnmente en la ciencia y que se denominan células madre embrionarias (CES) se derivan de un epiblasto preimplantacional; tal epiblasto puede generar el feto completo, y una célula del epiblasto puede contribuir a todos los linajes celulares si se inyecta en otro blastocisto. Por otro lado, se pueden observar varias diferencias marcadas entre los epiblastos pre y post implantación, como su diferencia en la morfología, en la que el epiblasto después de la implantación cambia su morfología a una forma de copa llamada "cilindro de huevo" como así como alteración cromosómica en la que uno de los cromosomas X en virtud de la inactivación aleatoria en la etapa temprana del cilindro de huevo, conocido como X-inactivación . [30] Durante este desarrollo, las células del epiblasto del cilindro de huevo son atacadas sistemáticamente por factores de crecimiento de fibroblastos , señalización de Wnt y otros factores inductivos a través del saco vitelino circundante y el tejido del trofoblasto, [31] de modo que se vuelven instructivamente específicos de acuerdo con el espacio. organización. [32]
Otra diferencia importante que se observó, con respecto a la potencia celular, es que las células madre del epiblasto después de la implantación no pueden contribuir a las quimeras de blastocistos , [33] lo que las distingue de otras células madre pluripotentes conocidas. Las líneas celulares derivadas de tales epiblastos posteriores a la implantación se denominan células madre derivadas de epiblasto que se obtuvieron por primera vez en laboratorio en 2007; a pesar de su nomenclatura, que tanto las ESC como las EpiSC se derivan de epiblastos, solo en diferentes fases de desarrollo, y que la pluripotencia todavía está intacta en el epiblasto posimplantación, como lo demuestra la expresión conservada de Nanog , Fut4 y Oct-4 en EpiSCs, [34] hasta la somitogénesis y puede revertirse a mitad de camino a través de la expresión inducida de Oct-4 . [35]
Multipotencia
La multipotencia describe las células progenitoras que tienen el potencial de activación de genes para diferenciarse en tipos de células discretas. Por ejemplo, una célula madre sanguínea multipotente, y este tipo de célula puede diferenciarse en varios tipos de células sanguíneas como linfocitos , monocitos , neutrófilos , etc., pero sigue siendo ambiguo si las HSC poseen la capacidad de diferenciarse en células cerebrales , células óseas u otros tipos de células no sanguíneas. [ cita requerida ]
Una nueva investigación relacionada con las células multipotentes sugiere que las células multipotentes pueden ser capaces de convertirse en tipos de células no relacionadas. En otro caso, las células madre de la sangre del cordón umbilical humano se convirtieron en neuronas humanas. [36] La investigación también se centra en convertir células multipotentes en células pluripotentes . [37]
Las células multipotentes se encuentran en muchos tipos de células humanas, pero no en todos. Se han encontrado células multipotentes en la sangre del cordón umbilical , [38] tejido adiposo, [39] células cardíacas, [40] médula ósea y células madre mesenquimales (MSC) que se encuentran en el tercer molar . [41]
Las CMM pueden resultar una fuente valiosa de células madre de los molares a los 8-10 años de edad, antes de la calcificación dental del adulto. Las CMM pueden diferenciarse en osteoblastos, condrocitos y adipocitos. [42]
Oligopotencia
En biología, la oligopotencia es la capacidad de las células progenitoras para diferenciarse en unos pocos tipos de células . Es un grado de potencia . Ejemplos de células madre oligopotentes son las células madre linfoides o mieloides. [2] Específicamente, una célula linfoide puede dar lugar a varias células sanguíneas, como las células B y T, sin embargo, no a un tipo de célula sanguínea diferente como un glóbulo rojo. [43] Ejemplos de células progenitoras son las células madre vasculares que tienen la capacidad de convertirse en células endoteliales o de músculo liso.
Unipotencia
En biología celular , una célula unipotente es el concepto de que una célula madre tiene la capacidad de diferenciarse en un solo tipo de célula. Actualmente no está claro si existen verdaderas células madre unipotentes. Los hepatoblastos, que se diferencian en hepatocitos (que constituyen la mayor parte del hígado ) o colangiocitos (células epiteliales del conducto biliar), son bipotentes. [44] Un sinónimo cercano de célula unipotente es célula precursora .
Ver también
- Células madre inducidas
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