Una célula madre espermatogonial ( SSC ), también conocida como espermatogonio tipo A , es un espermatogonio que no se diferencia en un espermatocito , un precursor de los espermatozoides . En cambio, continúan dividiéndose en otras espermatogonias o permanecen inactivas para mantener una reserva de espermatogonias. Las espermatogonias de tipo B, por otro lado, se diferencian en espermatocitos, que a su vez se someten a meiosis para finalmente formar espermatozoides maduros.
Células madre espermatogoniales en los testículos
Durante el desarrollo fetal, los gonocitos se desarrollan a partir de células germinales primordiales y, a continuación, las SSC se desarrollan a partir de gonocitos en los testículos. [1] Las SSC son el precursor temprano de los espermatozoides y son responsables de la continuación de la espermatogénesis en los mamíferos adultos. Las células madre son capaces de dividirse en más SSC, lo que es vital para mantener la reserva de células madre. Alternativamente, pasan a diferenciarse en espermatocitos , espermátidas y finalmente espermatozoides.
Un SSC es el precursor de múltiples espermatozoides y, por lo tanto, los SSC son mucho menos numerosos en los testículos que las células que experimentan espermatogénesis.
Nomenclatura
Inhumanos
Las espermatogonias indiferenciadas se pueden dividir en 2 grupos; Un oscuro (A d ) y un pálido (A p )
A d espermatogonias son células madre de reserva. Estas células son capaces de dividirse para producir más SSC, pero generalmente no lo hacen. Una p espermatogonias se está dividiendo activamente para mantener la reserva de células madre. Las espermatogonias B1-B4 abarcan las espermatogonias diferenciadoras y ya no se consideran células madre.
La mayor parte de las investigaciones sobre las SSC se han llevado a cabo en roedores. Los subtipos de espermatogonias difieren entre ratones y humanos. [2]
En ratones
Las espermatogonias A Single (A s ) son capaces de crear 2 SSC hijas separadas cuando se dividen o las células hijas pueden unirse y formar espermatogonias A Paired (A pr ).
Tanto las espermatogonias A s como las A pr son indiferenciadas. Las cadenas de estas células se forman y se denominan A alineadas (A al ). A al diferenciar espermatogonias y por lo tanto ya no se clasifica como células madre. Se dividen 6 veces y finalmente forman espermatogonias de tipo B.
Nicho SSC
Las células somáticas más importantes que apoyan la regulación de las SSC son las células de Sertoli. Varias otras células somáticas en el tejido intersticial sostienen las células de Sertoli, como las células de Leydig y las células mioides peritubulares, por lo que influyen indirectamente en las SSC y en la ubicación de su nicho. [3]
Las células madre de las espermatogonias en los mamíferos se encuentran entre la membrana basal de los túbulos seminíferos y las células de Sertoli . Permanecen aquí hasta la etapa de profase meiótica de la meiosis . Aquí, los espermatocitos atraviesan la membrana basal a través de la barrera de células de Sertoli.
Los SSC permanecen dentro de su nicho donde se les anima a renovarse por sí mismos. Cuando pasan por la membrana basal, se diferencian debido a las señales celulares.
Regulación paracrina de la autorenovación de la CSS
La autorrenovación de las células madre espermatogoniales (SSC) está regulada por señales locales. [4] Alrededor del 50% de la población de SSC se auto-renueva para mantener el número de células madre, y el otro 50% se convierte en células progenitoras comprometidas que se diferenciarán en espermatozoides durante la espermatogénesis. [5] Las células presentes en los testículos expresan moléculas que juegan un papel clave en la regulación de la autorrenovación de la SSC. En ratones, se ha demostrado que las células de Sertoli secretan factor neurotrófico derivado de la línea celular Glial (GDNF), que tiene un efecto estimulante sobre la autorrenovación de las células madre. Se cree que este factor se expresa en las células peritubulares de los testículos humanos. [1] El factor de crecimiento de fibroblastos (FGF2) es otra molécula crucial para la regulación de la renovación de células madre y se expresa en células de Sertoli, células de Leydig y células germinales. La señalización de FGF2 interactúa con GDNF para mejorar la tasa de proliferación. [1] La señalización del ligando 12 de quimiocinas (motivo CXC) (CXCL12) a través de su receptor El receptor de quimiocinas CXC tipo 4 (CXCR4) también participa en la regulación de las decisiones de destino de la SSC. testículos de ratones adultos, y su receptor se expresa en células espermatogoniales indiferenciadas. [6]
Tanto el GDNF como el FGF2 son necesarios para activar la vía fosfoinositido 3-quinasa (PI3K) -Akt y la vía proteína quinasa activada por mitógenos / ERK1 quinasa1 (MEK), que potencia la proliferación y supervivencia de SSC. [7] CXCL12, FGF2 y GDNF se comunican a través de una red para mediar en las funciones SSC. [6]
Diferenciación
Las células madre espermatogoniales son las precursoras de los espermatozoides , que se producen a través de una serie de pasos de diferenciación. [1] Este es el resultado de CSS alternativo a la autorrenovación. Las SSC sobreviven en microambientes, denominados nichos, que proporcionan estímulos extrínsecos que impulsan la diferenciación o autorrenovación de las células madre. [8] El nicho SSC se encuentra en el epitelio seminífero de los testículos de los mamíferos y está constituido principalmente por Sertoli y células mioides peritubulares. [6]
Hay dos etapas de diferenciación primarias, la primera de las cuales implica la transformación de espermatogonias A s (únicas) en espermatogonias de progenie A pr (emparejadas), que están predestinadas a diferenciarse. Estos pueden dividirse aún más para crear espermatogonias A al (alineadas con A). [1]
El segundo paso implica la producción de la diferenciación de espermatogonias A1 de espermatogonias A pr o A al . Estos espermatogonias A1 se someten a un período de cinco divisiones para producir A2, A3, A4, espermatogonias intermedio y el tipo B, que puede entrar en la meiosis I . [1]
Se necesitan alrededor de 64 días para producir espermatozoides maduros a partir de la diferenciación de SSC, y se pueden producir 100 millones de espermatozoides cada día. [6]
Una de las principales sustancias conocidas que impulsa la diferenciación de las SSC y, por tanto, la producción de espermatozoides , es el ácido retinoico (RA). [3] Hay teorías que apoyan las hipótesis tanto de una vía indirecta (a través de las células de Sertoli ) como de una vía directa. [1]
Se cree que las células de Sertoli producen AR a través de la conversión del retinol circulante en retiniano y finalmente en AR. [3] La exposición a la AR impulsa la diferenciación celular en espermatogonias A1 y está implicada en una mayor diferenciación meiótica. [1] Como resultado de la diferenciación, los genes necesarios para mantener un estado SSC ya no se expresan. [3]
La función reproductora masculina disminuye con la edad, como lo indica la disminución de la calidad del esperma y la fertilidad . [9] A medida que las ratas envejecen, las células espermatogoniales indiferenciadas sufren numerosos cambios en la expresión génica. [10] Estos cambios incluyen la regulación positiva de varios genes involucrados en la respuesta al daño del ADN . Este hallazgo sugiere que durante el envejecimiento hay un aumento en el daño del ADN que conduce a una regulación positiva de las proteínas de respuesta al daño del ADN para ayudar a reparar estos daños. [10] Por tanto, parece que el envejecimiento reproductivo se origina en células espermatogénicas indiferenciadas. [10]
Aislamiento y cultura
Los SSC tienen el potencial de volverse cada vez más relevantes desde el punto de vista clínico para tratar la esterilidad ( espermatogénesis in vitro ) y preservar la fertilidad antes de los tratamientos gonadotóxicos. [11] Con este fin, los SSC deben aislarse de forma fiable de las biopsias testiculares con fines, por ejemplo, de expansión y purificación. Los protocolos actuales incluyen la clasificación de células activadas magnéticamente (MACS) y la clasificación de células activadas por fluorescencia (FACS) basada en marcadores celulares SSC positivos como CD90 [12] y FGFR3 [13] en combinación con marcadores negativos como CD45. [12] Estos últimos son particularmente importantes para excluir las células malignas de las biopsias de pacientes con cáncer.
Una vez aisladas, las poblaciones de SSC se cultivan con fines de amplificación, caracterización, mantenimiento de la línea y, potencialmente, espermatogénesis in vitro o edición genómica. [14] Los principales desafíos para el cultivo de SSC son las interacciones entre las sustancias de los medios y la estructura epigenética que subyace a la pluripotencia y puede afectar a la descendencia futura. La propagación in vitro a corto plazo de estas células se ha llevado a cabo en medio Stem-Pro 34 complementado con factores de crecimiento. [15] Aún no se ha establecido el cultivo a largo plazo de las SSC humanas, sin embargo, un grupo informa una proliferación exitosa en medios libres de células alimentadoras provistos de factores de crecimiento e hidrogel. [dieciséis]
Trasplante
El primer trasplante exitoso de SSC se describió en ratones en 1994 mediante el cual el procedimiento restauró completamente la espermatogénesis en un ratón por lo demás infértil. [17] Estos ratones fueron capaces de producir descendencia viable, lo que abrió nuevas y emocionantes puertas para futuras terapias potenciales en humanos.
Dado que los tratamientos contra el cáncer no son específicos de las células cancerosas y a menudo son gonadotóxicos (tóxicos para los ovarios y los testículos), los niños generalmente enfrentan infertilidad como consecuencia del tratamiento, ya que aún no existe una forma establecida de preservar su fertilidad, especialmente en niños prepúberes. La infertilidad después del tratamiento del cáncer depende del tipo y la dosis de tratamiento, pero puede variar del 17% al 82% de los pacientes. [18] La terapia con células madre espermatogoniales (SSCT) se ha propuesto como un método potencial para restaurar la fertilidad en los sobrevivientes de cáncer que desean tener hijos más adelante en la vida. El método se ha probado en numerosos modelos animales, incluidos primates no humanos; Hermann y col . [19] extrajeron y aislaron SSC de macacos rhesus adultos y prepúberes antes de tratarlos con busulfán (un agente alquilante utilizado en quimioterapia). A continuación, se inyectaron SSC de nuevo en la rete testis del mismo animal del que se extrajeron aproximadamente 10 a 12 semanas después del tratamiento; y se observó espermatogénesis en casi todos los receptores (16/17). Sin embargo, estos SSC fueron difíciles de detectar, por lo que no se pudo determinar un análisis adicional de la capacidad de fertilización de los espermatozoides descendientes. Es necesario evaluar la viabilidad de los embriones fertilizados por el esperma de un donante después del trasplante de SSC para determinar realmente la utilidad de esta técnica.
Recientemente, el trasplante de SSC también se ha propuesto como un método potencial para la conservación de especies en peligro de extinción mediante el trasplante xenogénico . Roe y col. [20] sugirió que la vida reproductiva de tales especies podría extenderse trasplantando sus células germinales a un huésped doméstico. En su estudio, utilizaron la codorniz como modelo para una especie exótica y trasplantaron SSC en embriones de pollo que colonizaron con éxito la cresta gonadal del embrión huésped. Esto permite el aislamiento de los espermatozoides maduros más adelante en el desarrollo del huésped incluso después de que el donante ha fallecido, lo que puede usarse en una fertilización futura y una conservación potencialmente más exitosa. [21]
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