Gli scienziati dello Scripps Research Institute (TSRI) hanno trovato un nuovo approccio alla "riprogrammazione" delle normali cellule adulte in cellule staminali.

In uno studio pubblicato oggi su un documento Advance Online in Biotecnologie naturali , gli scienziati del TSRI hanno esaminato una libreria di 100 milioni di anticorpi e ne hanno trovati diversi che possono aiutare a riprogrammare le cellule mature simili alla pelle in cellule staminali note come cellule staminali pluripotenti indotte (IPSC).

Realizzare IPSC da tipi di cellule più maturi normalmente comporta l'inserimento di quattro geni del fattore di trascrizione nel DNA di tali cellule. Gli anticorpi identificati dagli scienziati possono essere applicati alle cellule mature, dove si legano alle proteine ​​sulla superficie cellulare, in sostituzione di tre degli inserimenti genici del fattore di trascrizione standard.

"Questo risultato suggerisce che alla fine potremmo essere in grado di creare IPSC senza inserire nulla nel nucleo cellulare, il che significa potenzialmente che queste cellule staminali avranno meno mutazioni e proprietà complessivamente migliori, ", ha affermato l'autore senior dello studio Kristin Baldwin, professore associato nel dipartimento di neuroscienze del TSRI.

Le IPSC possono essere prodotte dalle cellule dei pazienti, e hanno una moltitudine di potenziali usi nelle terapie cellulari personalizzate e nella rigenerazione degli organi. Però, nessuno degli usi clinici previsti dagli IPSC è stato ancora realizzato, in parte a causa dei rischi che comporta la loro realizzazione.

La procedura di induzione IPSC standard, sviluppato un decennio fa e noto come OSKM, comporta l'inserimento nelle cellule adulte di geni per quattro proteine ​​del fattore di trascrizione:Oct4, Sox2, Klf4 e c-Myc. Con questi geni aggiunti e attivi, le proteine ​​del fattore di trascrizione che codificano vengono prodotte e a loro volta riprogrammano le cellule per diventare IPSC.

Un problema con questa procedura è che gli eventi di inserzione virale o la sovrapproduzione dei fattori di riprogrammazione nucleare possono danneggiare il DNA cellulare in un modo che trasforma la cellula cancerosa. Un altro è che questa riprogrammazione nucleare produce tipicamente una raccolta di IPSC con proprietà variabili. "Questa variabilità può essere un problema anche quando utilizziamo gli IPSC in laboratorio per studiare le malattie, " disse Baldovino.

In contrasto, durante il normale sviluppo animale, l'identità cellulare è alterata da segnali molecolari che arrivano dall'esterno della cellula e inducono cambiamenti nell'attività genica, senza rischiosi inserimenti di DNA. Per trovare percorsi naturali come questi, attraverso i quali le normali cellule possono essere trasformate in IPSC, Baldwin e il suo laboratorio hanno collaborato con il laboratorio TSRI di Richard Lerner, il professore di immunochimica Lita Annenberg Hazen. Lerner ha contribuito allo sviluppo e allo screening di grandi librerie di anticorpi umani per trovare nuovi farmaci a base di anticorpi e sonde scientifiche.

In questo caso, Il gruppo, tra cui lo studente laureato Joel W. Blanchard e il ricercatore associato Jia Xie, che erano gli autori principali, ha creato una libreria di circa 100 milioni di anticorpi distinti e l'ha usata per trovare quelli che potrebbero sostituire i fattori di trascrizione OSKM.

In una prima serie di esperimenti, i ricercatori hanno cercato di identificare gli anticorpi che possono sostituire sia Sox2 che c-Myc. Hanno stabilito una vasta popolazione di cellule di fibroblasti di topo, spesso utilizzate per produrre IPSC negli esperimenti, e hanno inserito i geni per gli altri due fattori di trascrizione, Oct4 e Klf4. Successivamente hanno aggiunto la loro vasta libreria di geni anticorpali alla popolazione di cellule, tale che ogni cellula ha finito per contenere i geni per uno o più degli anticorpi.

Gli scienziati hanno quindi potuto osservare quale delle cellule ha iniziato a formare colonie di cellule staminali, indicando che uno degli anticorpi prodotti da quelle cellule ha sostituito con successo le funzioni di Sox2 e c-Myc e ha attivato l'interruttore nell'identità cellulare. Il sequenziamento del DNA di queste cellule ha permesso ai ricercatori di determinare gli anticorpi responsabili.

In questo modo, il team TSRI ha scoperto due anticorpi che possono sostituire sia Sox2 che c-Myc, e in una serie simile di test hanno trovato due anticorpi che possono sostituire un terzo fattore di trascrizione, ott4. Gli scienziati hanno dimostrato che invece di inserire questi geni del fattore di trascrizione potrebbero semplicemente fornire gli anticorpi alle cellule di fibroblasti in coltura.

In questo primo studio, gli scienziati non sono stati in grado di trovare anticorpi che sostituiscano la funzione del quarto fattore di trascrizione OSKM, Klf4. Però, Baldwin si aspetta che con uno screening più ampio lei e i suoi colleghi alla fine troveranno anche sostituti anticorpali per Klf4. "Quello penso ci vorrà ancora qualche anno per capirlo, " lei disse.

L'approccio di screening degli anticorpi in linea di principio consente agli scienziati non solo di trovare anticorpi in grado di sostituire i fattori di trascrizione OSKM, ma anche per studiare le vie di segnalazione naturali attraverso le quali agiscono questi anticorpi.

A dimostrazione di questo principio, gli scienziati hanno scoperto che uno degli anticorpi che sostituiscono Sox2 si lega a una proteina sulla membrana cellulare chiamata Basp1. Questo evento vincolante blocca la normale attività di Basp1 e quindi rimuove i vincoli su WT1, una proteina del fattore di trascrizione che lavora nel nucleo cellulare. WT1, scatenato, quindi altera l'attività di più geni, alla fine inclusi i Sox2, promuovere lo stato delle cellule staminali utilizzando un diverso ordine di eventi rispetto a quando si utilizzano i fattori di riprogrammazione originali.

Il WT1 (tumore di Wilms 1) è iperprodotto in alcuni tumori ed è considerato un oncogene. Questo fatto evidenzia un valore aggiunto di tali studi:aiutare gli scienziati a comprendere la relazione tra lo sviluppo delle cellule cancerose e lo stato delle cellule staminali.

I ricercatori TSRI ora pianificano più grandi, studi di screening anticorpali più complessi che utilizzano cellule umane anziché cellule di topo.